Wetenschap
Productie op maat van antivirale coatings en celcultuuroppervlakken
Speciale polymeercoatings kunnen functionele eigenschappen aan oppervlakken verlenen, bijvoorbeeld antiviraal gedrag. Een team van de afdeling Materiaalkunde van de Universiteit van Kiel heeft nu voor het eerst verschillende biomedische coatings uitgebreid vergeleken en onderzocht wat er gebeurt als ze in wisselwerking staan met de huid, met cellen of met virussen.
De resultaten zijn gepubliceerd in het tijdschrift Advanced Materials Interfaces en toegepast in een eerste industrieel project met antiviraal glas.
In samenwerking met het Universitair Medisch Centrum Schleswig-Holstein in Kiel (UKSH), het Nanotechnology Research Center Egypt en het National Cancer Institute van de Universiteit van Caïro hebben onderzoekers van de Universiteit van Kiel zes coatingmaterialen voor biomedische toepassingen uitvoerig vergeleken. Het team onderzocht de bio-interface-prestaties van de materiaaloppervlakken met ademhalingsvirussen, kankercellen en fibroblasten.
“We hebben bijvoorbeeld gekeken naar waar belangrijke eiwitten, zoals het spike-eiwit van het coronavirus, zich op materiaaloppervlakken nestelen en antiviraal gedrag vertonen”, zegt materiaalwetenschapper Torge Hartig, eerste auteur van het onderzoek. Voor antivirale coatings tegen coronavirussen kon het team aantonen dat dergelijke interacties ook kunnen worden berekend om het aantal potentiële materialen te beperken.
Productiemethode maakt vergelijking mogelijk
Dit gedetailleerde onderzoek is alleen mogelijk vanwege de methode waarmee het team van Kiel de coatings produceert. Bij de leerstoel Multicomponent Materials van professor Franz Faupel werken ze al jaren aan de geïnitieerde chemische dampdepositie (iCVD).
"Hierdoor kunnen we transparante coatings produceren en de dikte ervan met hoge precisie aanpassen tussen 10 nanometer en 10 micrometer. Hun oppervlak is ultraglad, uiterst uniform en vertoont geen storende gebreken", zegt Hartig.
Dit is van cruciaal belang omdat veel factoren doorgaans een rol spelen bij contact met coatings. Bij conventionele polymeercoatings kunnen bijvoorbeeld de oppervlaktetopografie, chemische processen, oplosmiddelresten of materiaaldefecten de interacties met virussen of cellen beïnvloeden.
“Met onze technologie produceren we coatings die zo zuiver zijn dat alle andere factoren behalve chemische processen kunnen worden uitgesloten en we de daadwerkelijke interacties tussen de coating en virussen of cellen fundamenteel kunnen analyseren”, vervolgt Hartig, die zijn proefschrift doet over biomedische iCVD-coatings.
Van ambulances tot kassa's in supermarkten:Coatings getest bij raamfabrikanten
De materiaalwetenschappers kunnen hun productieproces zeer goed controleren en zo de functionele eigenschappen van hun coatings gericht voorspellen en definiëren – bijvoorbeeld om te voldoen aan de hoge eisen in biomedische omgevingen.
“We kunnen producten voor celcultuur zo coaten dat de cellen beter hechten en makkelijker te kweken zijn”, zegt dr. Stefan Schröder, leider van de iCVD-activiteiten bij de leerstoel. Omdat hun methode geen oplosmiddelen en slechts weinig chemicaliën vereist, is deze ook aanzienlijk milieuvriendelijker dan conventionele natchemische coatingprocessen.
Samen met een raamfabrikant uit Zuid-Duitsland hebben de materiaalwetenschappers uit Kiel hun bevindingen in de praktijk gebracht. "We hebben verschillende antivirale coatings vergeleken en de beste op vensterglas aangebracht", zegt Schröder.
Grote glasgevels kunnen nog niet worden gecoat, “maar kleine oppervlakken die aan veel contact worden blootgesteld, zoals touchdisplays in ziekenhuizen en ambulances, filters in ademmaskers of kassa’s bij de kassa’s van supermarkten”, zegt Schröder, die ook promoveerde proefschrift over het iCVD-proces.
Een team van de leerstoel wil het iCVD-onderzoek van de afgelopen jaren nu op industriële schaal toepassen en bereidt momenteel een spin-off voor. "Ons doel is om bijzonder hoogwaardige coatings te produceren met op maat gemaakte eigenschappen voor de geneeskunde en de industrie", zegt Hartig, die zich "conform" aansloot bij het start-upinitiatief terwijl hij nog bezig was met zijn doctoraat. Naast antivirale eigenschappen kunnen deze coatings bijvoorbeeld ook waterafstotend of isolerend zijn – of zelfs een combinatie van beide.