Oxide nanostructures as antiviral coatings for textiles

Abstract

Viimaste aastate kogemused on näidanud, et viirusnakkustel võivad olla tõsised meditsiinilised ja sotsiaalmajanduslikud tagajärjed. Viirused võivad edasi kanduda erinevatel viisidel: otsese kontakti teel, saastunud objektide kaudu või aerosoolipiiskade koostises. Käesolev uuring keskendus viiruse edasikandumisele saastunud puutepindade kaudu ning töö eesmärgiks oli välja pakkuda sobiv viirusvastane töötlus tekstiilidele sellise leviku takistamiseks. Antimikroobsete tekstiilide arendamine on oluline, kuna pehmeid pindu on suhteliselt raske puhastada, ent samal ajal võivad viirused neil püsima jääda päevadeks, isegi nädalateks. Viirusvastastel tekstiilidel on märkimisväärne rakenduspotentsiaal mitmetes valdkondades, nt. tervishoius, toidutööstuses, ühiskasutatavates ruumides. Antiviraalsete tekstiilikatte loomiseks kasutati oksiidseid nanomaterjale – tseeriumoksiidi (CeO₂) ning kvaternaarse ammooniumühendiga (CTAB) töödeldud poorset ränidioksiidi SiO₂. Tekstiilide viirusvastast toimet hinnati päriselu rakendusi imiteerivates tingimustes, kus viirust kanti pinnale inimtekkelisi aerosoole matkivates väikestes tilkades. Töö tulemused näitasid, et kuigi nano-CeO₂ toimis üsna efektiivse antiviraalse materjalina kolloidses vormis, kadus selle aktiivsus pärast tekstiilile kandmist. SiO₂-CTAB nanokonteinerid omasid aga viirusvastast aktiivsust nii kolloidides kui ka tekstiili pinnal. Selle põhjuseks võis olla SiO₂ pooridesse lukustunud vesi, mis viiruse ja tekstiili kontakti võimaldas. Tekstiilipindadel näitas tugevat viirusvastast toimet ka vasknitraat, kuid kokkupuutel veega eemaldus see peaaegu täielikult töödeldud pinnalt. Meie uuring tõi esile asjaolu, et antiviraalse efekti saavutamiseks on tekstiilipinnal vajalik teatud niiskustase ning viirusvastase materjali stabiilsus. Töös uuritud materjalidest vastasid eelkirjeldatud nõutele ainult CTAB-ga täidetud SiO₂ nanokonteinerid ning seda materjali võiks kaaluda edaspidi antiviraalsete katete loomisel.

Viral infections may have severe socioeconomical consequences. Viruses may be transmitted via direct contact, aerosol droplets or through intermediate carriers. The main transmission route differs between viruses but none of them may be fully excluded. This study focused on prevention of viral transfer via surfaces with a final goal to suggest an antiviral coating for soft surfaces (textiles). This task is compelling since soft surfaces are more difficult to clean and pathogens can persist on them for a long time. Antiviral textiles have an application potential in healthcare, food industry, and in public areas. In this work oxide nanostructures were used to provide antiviral textile coating. Antiviral activity was assessed in application relevant conditions, where viruses were exposed to textiles in small droplets. The prospective antiviral nanomaterials – cerium dioxide and mesoporous silica nanocontainers loaded with quaternary ammonium compound CTAB, were selected based on earlier research. We demonstrated that although cerium dioxide exhibited rather good antiviral activity in colloidal form, it was lost when testing covered textiles in semi-dry conditions. We suggest that this was due to the low intrinsic water content. CTAB-loaded silica showed activity in both colloidal form and on textile surface, probably due to the water entrapped in the pores of the silica nanostructures. Copper nitrate also exhibited antiviral properties on textiles, however in contact with water it was almost fully removed and could not be considered a stable antiviral coating. Our study highlighted the importance of intrinsic moisture for antiviral activity of textiles in application relevant conditions. For prolonged antiviral effect the coating material should be slowly released from the textile surface. Among the materials studied here, only CTAB-loaded silica nanostructures fulfilled both of those requirements and can be considered for further development.