Kaltes atmosphärisches Plasma für Virus-Dekontamination

Die COVID-19-Pandemie zeigt deutlich die Notwendigkeit einer effizienten Dekontamination von Oberflächen und Gegenständen des täglichen Gebrauchs, um die Übertragung des Virus durch Schmierinfektion zu verhindern. Objekte, die einer Dekontaminierung durch flüssige Desinfektionsmittel oder Hitze nicht zugänglich sind, können dabei eine besondere Herausforderung darstellen. Hier ist die Verfügbarkeit alternativer Ansätze von großer Bedeutung, um die epidemische Ausbreitung von viralen oder anderen mikrobiellen Krankheitserregern einzudämmen. In seinem länderübergreifenden FWF-Akutprojekt legt Thomas Lion (St. Anna Kinderkrebsforschung, Wien; im Bild) gemeinsam mit Vladimir Scholtz (UCT, Prag, Tschechien) den Fokus auf die Wiederverwendung hochwirksamer Gesichtsmasken sowie die Dekontamination anderer empfindlicher Objekte mit einer neuen, sicheren und umweltschonenden Dekontaminationstechnik. Sichere und umweltschonende Methode der Dekontamination Eine neu entwickelte Methode zur Objektdekontamination von Mikroorganismen ist kaltes atmosphärisches Plasma (CAP). Neben ihrer hervorragenden Wirksamkeit ist die CAP-Technologie auch kostengünstig, materialschonend und sicher für Mensch und Umwelt. Die Wirksamkeit der CAPvermittelten Desinfektion ist für Bakterien gut belegt. Neuere Studien zeigen auch ihre Eignung für eine effiziente Virusinaktivierung, jedoch fehlen Daten über optimale Bedingungen für die Inaktivierung und die beteiligten Mechanismen. In einem länderübergreifenden Forschungsprojekt, das vom FWF sowie der GACR (Czech Science Foundation) finanziert wird, werden Thomas Lion (St. Anna Kinderkrebsforschung, Wien) und Vladimir Scholtz (UCT, Prag, Tschechien) die CAP-Technologie für die Desinfektion von hitze- oder flüssigkeitsempfindlichen Objekten so anpassen, dass diese nach der Dekontamination wiederholt verwendet werden können. Der Fokus liegt dabei auf der Wiederverwendung hochwirksamer Gesichtsmasken sowie der Dekontamination anderer empfindlicher Objekte. Die Wirksamkeit von CAP wird unter Verwendung ausgewählter menschlicher Atemwegsviren mit unterschiedlichen Eigenschaften, darunter SARS-CoV-2, Influenza A, Adenovirus und Rhinovirus, untersucht werden. Die Ergebnisse dieser Studie werden dazu beitragen, die CAP-Technologie als kostengünstige und sichere Alternative zu herkömmlichen Mitteln der Virendekontamination zu etablieren, insbesondere in Zeiten eines erhöhten Bedarfs und Mangels an Desinfektionsmitteln. Das Verständnis der Mechanismen, die hinter der CAP-induzierten Virusinaktivierung stehen, wird dazu beitragen, die Stärken des Ansatzes zu identifizieren und potenzielle Schwächen als Grundlage für seine breite Nutzung anzugehen.

In einer Welt, in der Infektionskrankheiten erhebliche Bedrohungen für die öffentliche Gesundheit darstellen, sind Forscher:innen aufgerufen, innovative Technologien zur effektiven Dekontamination zu entwickeln. Eine solche vielversprechende Technologie ist das Nicht-thermische Plasma (NTP), das eine bemerkenswerte Wirksamkeit gegen verschiedene Mikroorganismen gezeigt hat, ohne empfindliche Materialien zu beschädigen. Wir haben ein kostengünstiges, handgehaltenes Kaltluftplasma-Gerät entwickelt, das aus zwei Elektroden und einer preiswerten Stromversorgung besteht und eine Koronaentladung erzeugt, die ein breites Spektrum an Krankheitserregern wirksam inaktiviert. Tests zeigten beeindruckende Ergebnisse gegen verschiedene Mikroorganismen, darunter grampositive Bakterien, gramnegative Bakterien, Hefen und Mikropilze. Die bakterizide Wirkung scheint hauptsächlich auf reaktive Sauerstoffspezies, insbesondere Ozon, zurückzuführen zu sein. Während der COVID-19-Pandemie verdeutlichte der Mangel an persönlicher Schutzausrüstung die Notwendigkeit von Dekontaminationsmethoden, die eine sichere Wiederverwendung von Schutzausrüstung ermöglichen würden. Unsere Forschung zeigt, dass die NTP-Behandlung SARS-CoV-2 und andere häufige Atemwegsviren, einschließlich Influenza A, Rhinoviren und Adenoviren, vollständig inaktiviert. Im Gegensatz zu harschen Methoden wie dem Autoklavieren erhält NTP sowohl die Filtereffizienz als auch die Mikrostruktur von hocheffizienten P3 R-Filtern, was es zu einer idealen Lösung für die Dekontamination persönlicher Schutzausrüstung macht. Umfassende Tests von NTP an alltäglichen Materialien zeigten seine schonende Natur. Papier blieb trotz geringfügiger Veränderungen wie Weißfärbung und pH-Wert-Verschiebungen voll funktionsfähig. Metalle wie Kupfer, verzinntes Kupfer, Messing und Edelstahl erfuhren eine leichte Oxidation, die ihre Funktionalität aber nicht beeinträchtigte. Elektronische Komponenten zeigten vernachlässigbare Veränderungen, mit nur leichten Messverschiebungen bei Feuchtigkeitssensoren. Diese Ergebnisse bestätigen, dass NTP für die Dekontamination verschiedener empfindlicher Materialien geeignet ist, ohne deren Funktionalität zu beeinträchtigen. Wir haben die angeführten Eigenschaften - die Inaktivierung von Atemwegsviren und die Schonung empfindlicher Materialien - genützt, um die NTP-Anwendung auf empfindlichen Materialien zu testen, die im pädiatrisch-onkologischen Umfeld relevant sein könnten, wie Plüsch-Spielzeug, Papier und Gummi. Auch hier konnten wir diese Materialien vollständig dekontaminieren, ohne ihre Funktionalität zu beeinträchtigen. Die Forschung untersuchte auch innovative Anwendungen mit Kombination von NTP-Technologie mit antimikrobiellen Materialien. 3D-gedruckte Substrate, beschichtet mit Silbernanopartikeln und geschützt durch einen plasmapolymerisierten Hexamethyldisiloxan-Film, zeigten effektive antibakterielle und antivirale Eigenschaften ohne zytotoxische Wirkungen auf menschliche Zellen. Diese Kombination schafft funktionale Materialien mit potenziellen Anwendungen im medizinischen Bereich. Da die antimikrobielle Resistenz weiter zunimmt, bietet die NTP-Technologie einen leistungsstarken, wirtschaftlichen und vielseitigen Ansatz zur Dekontamination in verschiedenen Kontexten, von Gesundheitseinrichtungen bis hin zu Alltagsgegenständen. Die Fähigkeit, Krankheitserreger wirksam zu neutralisieren und gleichzeitig die Integrität empfindlicher Materialien zu bewahren, positioniert NTP als wertvolle Stütze in unserem fortlaufenden Kampf gegen Infektionskrankheiten.