Η αυξανόμενη ανησυχία για τις ανθεκτικές στα αντιβιοτικά λοιμώξεις, σε συνδυασμό με τις επικρατούσες νοσοκομειακές λοιμώξεις από χειρουργικά εργαλεία, εμφυτεύματα και επιφάνειες που αγγίζονται έντονα, έχει επιταχύνει την ανάπτυξη αντιμικροβιακού υλικού τα τελευταία χρόνια.

Οι συμβατικές μέθοδοι υγρής χημείας που χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία βιοκτόνων υλικών είναι πολύπλοκες, χρονοβόρες και δαπανηρές. Στο Journal of Applied Physics, ερευνητές από το Βέλγιο, την Τσεχία και την Ιταλία παρουσιάζουν ένα σεμινάριο στο οποίο εξερευνούν μια πολλά υποσχόμενη εναλλακτική που ονομάζεται πλάσμα αίματος-ενεργοποιημένο επιφανειακή μηχανική.

“Η μηχανική με βάση το πλάσμα είναι μια φθηνή και φιλική προς το περιβάλλον μέθοδος, επειδή δεν απαιτεί τη χρήση διαλυτών και μπορεί να κλιμακωθεί στη βιομηχανική παραγωγή σχετικά εύκολα”, δήλωσε ο συν-συγγραφέας Anton Nikiforov.

Η τεχνολογία βασίζεται στο πλάσμα μη ισορροπίας, ή μερικώς ιονισμένο αέριο, που παράγει χημικές αντιδράσεις για να αλλάξετε τις ιδιότητες στην επιφάνεια του υλικού. Τα διαφορετικά επίπεδα θερμοκρασίας μέσα στο πλάσμα – συνήθως ιονισμένα ευγενή αέρια, οξυγόνο ή αέρας – δημιουργούν ξεχωριστές χημικές οδούς. Οι αντιδράσεις μπορούν να χειριστούν ρυθμίζοντας την ηλεκτρική ισχύ για την ενεργοποίηση της επιφάνειας, την εναπόθεση επικάλυψης και τη νανοδομή της επιφάνειας σχεδόν οποιουδήποτε στερεού υλικού.

Η μηχανική με δυνατότητα πλάσματος μπορεί να δημιουργήσει επιφάνειες εξουδετέρωσης επαφής, αντιρρύπανσης και απελευθέρωσης φαρμάκων. Τα υλικά που σκοτώνουν την επαφή καταστρέφουν τους μικροοργανισμούς μέσω των μικροσκοπικών αιχμών που τρυπούν τους μικροοργανισμούς κατά την επαφή. Μια μελέτη έδειξε ότι οι δομές νανοκολώνων μαύρης πυριτίου χαραγμένες με πλάσμα είναι εξαιρετικά βακτηριοκτόνες έναντι διαφόρων βακτηρίων, συμπεριλαμβανομένου του Staphylococcus aureus, ενός βακτηρίου ανθεκτικού στα αντιβιοτικά που είναι γνωστό ότι προκαλεί σοβαρή λοίμωξη του δέρματος που μπορεί επίσης να μολύνει την κυκλοφορία του αίματος, τους πνεύμονες, την καρδιά και τα οστά.

Τα αντιρρυπαντικά υλικά εμποδίζουν τη συσσώρευση μικροοργανισμών στις επιφάνειες για να σχηματίσουν βιομεμβράνες και άλλα επικίνδυνα μικροβιακά περιβάλλοντα. Μερικά από αυτά τα υλικά είναι εμπνευσμένα από αυτό που έχει ήδη εφεύρει η φύση, όπως οι αντιρρυπαντικές ιδιότητες των φτερών του τζιτζίκι και της λιβελλούλης, που αποτελούνται από νανοκολώνες που σκοτώνουν τα μικρόβια όταν έρχονται σε επαφή και παράγουν βιοχημικές ουσίες για να απωθούν την υγρασία.

Πολυμερισμένες με πλάσμα υπερυδρόφοβες λεπτές επικαλύψεις – υδατοαπωθητικά υλικά εμπνευσμένα από το φύλλο λωτού – έχουν επίσης αναπτυχθεί και διερευνηθεί εκτενώς για τις αντιρρυπαντικές τους ιδιότητες. Με την έλλειψη υγρασίας, οι μικροοργανισμοί εμποδίζονται να προσκολληθούν και να αναπαραχθούν σε αυτές τις επιφάνειες.

Οι επιφάνειες απελευθέρωσης φαρμάκων ελέγχουν την απελευθέρωση αντιμικροβιακών ενώσεων, επιτρέποντας τη χορήγηση αντιβιοτικών σε υψηλές δόσεις σε στοχευμένες τοποθεσίες, κάτι που είναι χρήσιμο μετά την επέμβαση. Για παράδειγμα, η βανκομυκίνη, ένα κοινό αντιβιοτικό, εναποτέθηκε μέσα σε σφαιρικά σωματίδια. Αυτό επιτεύχθηκε στην εναπόθεση πλάσματος με τη βοήθεια αερολύματος που συνδυάζει αερολύματα πλάσματος υψηλής ενέργειας και φαρμάκων.

Έχουν αναπτυχθεί πολυάριθμες μέθοδοι που βασίζονται στο πλάσμα για τη δημιουργία τέτοιων επιφανειών, μεταξύ των οποίων χαμηλή πίεση και χάραξη πλάσματος ατμοσφαιρικής πίεσης, πολυμερισμός πλάσματος, ψεκασμός, συσσωμάτωση αερίου νανοσωματιδίων, εναπόθεση πλάσματος με τη βοήθεια αερολύματος και διάφοροι συνδυασμοί των ίδιων μεθόδων.

Αν και η μηχανική με βάση το πλάσμα είναι βέβαιο ότι θα επιταχυνθεί, υπάρχουν ακόμα προκλήσεις που πρέπει να ξεπεραστούν, συμπεριλαμβανομένης της ανάγκης να κατανοήσουμε καλύτερα πώς τα βακτήρια κολλάνε στις επιφάνειες και τι ακριβώς συμβαίνει καθώς οι μικροοργανισμοί καταστρέφονται.