Nanoskalige Kupfer- und Silber-Dünnschichtsysteme weisen Unterschiede in den antiviralen und antibakteriellen Eigenschaften auf

Wissenschaftliche Berichte Band 12, Artikelnummer: 7193 (2022) Diesen Artikel zitieren

2856 Zugriffe

9 Zitate

157 Altmetrisch

Details zu den Metriken

Die aktuelle Pandemie der Coronavirus-Krankheit 19 (COVID-19) hat den Bedarf an einfachen und effizienten Präventionsstrategien verdeutlicht, die schnell umgesetzt werden können, um Infektionsrisiken zu mindern. Verschiedene Oberflächen weisen seit langem antimikrobielle Eigenschaften auf und werden gut zur Vorbeugung bakterieller Infektionen eingesetzt. Ihre Wirkung auf viele Viren wurde jedoch nicht eingehend untersucht. Im Zusammenhang mit COVID-19 wurden mehrere Oberflächen, darunter Kupfer- (Cu) und Silberbeschichtungen (Ag), als wirksame antivirale Maßnahmen beschrieben, die leicht eingesetzt werden können, um die Virusübertragung zu verlangsamen. In dieser Studie haben wir antivirale Eigenschaften gegen das Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus-2 (SARS-CoV-2) auf Oberflächen nachgewiesen, die durch Magnetronsputtern als dünne Cu-Filme oder als ultradünne bimetallische Cu/Ag-Nanopatches mit Cu beschichtet wurden. Es wurde jedoch keine Wirkung von Ag auf die Virustiter beobachtet, ganz im Gegensatz zu seinen bekannten antibakteriellen Eigenschaften. Eine weitere Verbesserung der Ag-Ionenfreisetzungskinetik basierend auf einem elektrochemischen Opferanodenmechanismus erhöhte die antivirale Aktivität nicht. Diese Ergebnisse zeigen deutlich, dass Cu- und Ag-Dünnschichtsysteme erhebliche Unterschiede in den antiviralen und antibakteriellen Eigenschaften aufweisen, die bei der Implementierung berücksichtigt werden müssen.

Cu und Ag sind seit Jahrhunderten als antimikrobielle Wirkstoffe bekannt, doch im medizinischen Bereich erleben diese Metalle in den letzten Jahren aufgrund des zunehmenden Aufkommens antibiotikaresistenter Mikroorganismen eine Renaissance. Neben der Anwendung dieser Metalle in zahlreichen Verbraucherprodukten werden sie in verschiedenen Biomaterialien oder im Gesundheitswesen eingesetzt, um die bakterielle Besiedlung von Implantaten und Geräten zu verhindern oder um Krankenhaushygieneverfahren zu unterstützen, um im Krankenhaus erworbene Infektionen zu reduzieren. Insbesondere die pandemische Ausbreitung des schweren akuten respiratorischen Syndroms Coronavirus-2 (SARS-CoV-2), das die Coronavirus-Krankheit 19 (COVID-19) verursacht, hat die Notwendigkeit wirksamer Interventionsstrategien für die öffentliche Gesundheit verdeutlicht, die zur Kontrolle der Virusübertragung beitragen. Allerdings ist die Entwicklung antiviraler Oberflächen, die in der Lage sind, anhaftende Viruspartikel zu inaktivieren und dadurch die Virusübertragung von kontaminierten Oberflächen zu verhindern, aufgrund der unterschiedlichen inhärenten Eigenschaften von Mikroben im Vergleich zu Viren eine Herausforderung.

Sowohl Cu als auch Ag üben eine breite antimikrobielle Aktivität aus (Bakterien, Pilze und Viren) und zeigen eine geringe Inzidenz der Induktion von mikrobieller Resistenz, da beide ein breites Spektrum an Zielen in Mikroorganismen angreifen1,2,3. Die antibakterielle Aktivität von Ag steht in engem Zusammenhang mit die Freisetzung von Ag-Ionen (Ag+), die durch oxidative Auflösung gebildet werden, während nullwertiges Ag (Ag0) im Gegensatz dazu keine vergleichbare antibakterielle Aktivität ausübt2,4,5,6. Ag+-Ionen interagieren mit einer Vielzahl von Biomolekülen innerhalb einer Zelle, wie z. B. Zellmembran- und Zellwandkomponenten, Thiolliganden, z. B. Sulfhydrylgruppen von Stoffwechselenzymen, oder Nukleinsäuren und anderen. Darüber hinaus werden durch Ag+-Ionen reaktive Sauerstoffspezies (ROS) erzeugt, was zu schädlichen oxidativen Stresseffekten führt2,7,8. Die Folgen sind im Allgemeinen Schäden an Biomolekülen und nachfolgende zelluläre Funktionsstörungen, die schließlich die Bakterienvermehrung hemmen und sogar bakterizide Wirkungen haben. Die antibakterielle Wirksamkeit von Ag kann durch eine Vergrößerung der Ag+-freisetzenden Oberfläche beispielsweise durch die Verwendung von Ag-Nanopartikeln9 gesteigert werden. Darüber hinaus haben wir kürzlich ein Konzept zur Verbesserung der Ag+-Freisetzungskinetik basierend auf einem elektrochemischen Opferanodenmechanismus vorgestellt10,11,12. Durch die Kombination von Ag mit einem edleren Metall (Au, Pt, Pd oder Ir) in einer elektrolytischen Umgebung (z. B. biologischen Flüssigkeiten) korrodiert das weniger edle Ag zugunsten des edleren Teils (es wird „geopfert“). Wir haben gezeigt, dass solche Opferanodenoberflächen im Vergleich zu reinen Ag-Oberflächen mit viel höherem Gesamt-Ag+ aufgrund der elektrochemisch verstärkten Auflösung von Ag eine viel stärkere antibakterielle Wirkung ausüben. Obwohl die antibakterielle Wirkung von Ag gut verstanden ist, beschreiben nur sehr wenige Studien die antivirale Wirkung von Ag und die meisten davon befassen sich mit Ag-Nanopartikeln13. Kürzlich wurde über eine viruzide Wirkung von gesputtertem Ag-Nanocluster/Silica-Komposit auf Gesichtsmasken berichtet14.

Im Gegensatz zu Ag-Oberflächenmaterialien wurden die viruziden Eigenschaften von Cu- und Cu-Legierungsoberflächen häufiger untersucht13. Die viruzide Wirkung von Cu beruht auch auf der Freisetzung von Ionen und beide Cu-Ionenspezies (Cu II und Cu I) tragen zur bioziden Aktivität bei15,16,17.

Bemerkenswert ist, dass es keine Vergleichsstudien zu Cu und Ag gibt, die ihre bakteriziden und viruziden Eigenschaften in denselben Versuchsaufbauten unter Verwendung gleicher Beschichtungsparameter und gleicher Metallionenkonzentrationen widerlegen, um Variationen in den Testbedingungen zu vermeiden. Die Ergebnisse unserer Studie sind relevant für die Gestaltung von Cu- und Ag-haltigen Oberflächenmaterialien mit besonderem Schwerpunkt auf deren viruziden Aktivitäten. Unser Ziel war es daher, die antiviralen Eigenschaften von mit Cu oder Ag beschichteten Oberflächen sowie mehreren Opferanodenoberflächen auf Ag-Basis, einschließlich Kombinationen aus Cu und Ag, auf mögliche synergistische Effekte zu analysieren und die antivirale mit der antimikrobiellen Leistung zu vergleichen.

Die Ergebnisse wurden mit verschiedenen gesputterten Dünnfilmoberflächen erzielt (Einzelheiten siehe Experimentelle Methoden): (I) kontinuierliche und dichte Dünnfilme aus Ag und Cu (Dicke 50 nm) und (II) nanostrukturierte Oberflächen mit großen Oberflächen. Die nanostrukturierten Oberflächen wurden durch (a) sequenzielle Abscheidung von Ag auf Pt, Cu auf Ag oder (b) durch Co-Sputtern von Ag und Pt sowie Cu und Ag synthetisiert. Die dabei entstehenden Oberflächenstrukturen nennen wir „Nanopatches“, also Nanoinseln, die durch die beiden Metalle gebildet werden. Ein schematischer Arbeitsablauf ist in Abb. 1 dargestellt. Beim sequentiellen Sputtern (Ag auf Pt, Cu auf Ag) sind die Elemente tendenziell stärker getrennt als beim Co-Sputtern, bei dem es tendenziell zu einer Vermischung von Elementen auf atomarer Ebene (Ag und Pt) kommt , Cu & Ag) und bildet im Vergleich zur Koexistenz elementarer Filme (Ag auf Pt, Cu auf Ag) eher eine Legierung (erzwungene feste Lösung). Von Letzterem werden bessere Opferanodeneigenschaften erwartet. Wir haben Nanopatches mit zwei unterschiedlichen Dicken synthetisiert, die unterschiedliche Materialvolumina (z. B. dünnes Ag/Pt vs. dickes Ag/Pt) zur Freisetzung von Metallionen bieten (Tabelle 1). Beispiele für Rasterelektronenmikroskopie (REM) und Transmissionselektronenmikroskopie (TEM)-Bilder der nanoskaligen Filme sind in Abb. 2 dargestellt. Die 50 nm dicken Filme sind kontinuierlich und weisen unterschiedliche nanokristalline Oberflächenmikrostrukturen auf: Der Ag-Film ist rauer und weist größere Körner auf (Abb. 2A) im Vergleich zum Cu-Film (Abb. 2B). Die REM- und TEM-Bilder (Abb. 2C–F) von Nanopatches (Ag, Ag & Pt, Ag & Cu) zeigen, dass diese Nanostrukturen diskontinuierlich sind. Sie können als immobilisierte Nanopartikel angesehen werden und bieten daher eine größere Oberfläche als die kontinuierlichen Filme. Eine detaillierte TEM-Untersuchung der Nanostruktur von Ag-Pt-Nanopatches finden Sie in Referenz12.

Schematische Darstellung (nicht maßstabsgetreu) der Herstellung von Cu- und Ag-Dünnfilm-Nanostrukturen durch Sputterabscheidung. (A) Elementares Cu, homogen gesputtert als dichter und kontinuierlicher Film mit einer Dicke von 50 nm; (B) Cu- und Ag-Nanopatches, die 120 s lang gemeinsam gesputtert wurden; (C) Cu- und Ag-Nanopatches werden nacheinander alle 120 s gesputtert. Nanopatches sind inselartige Nanostrukturen mit einer Nenndicke < 5 nm.

Beispielhafte elektronenmikroskopische Bilder kontinuierlicher nanoskaliger Filme (A, B) und Nanopatches (C–F). (A) SEM-Draufsicht von 50 nm Ag, (B) SEM-Draufsicht von 50 nm Cu, (C) SEM-Draufsicht von Ag-Nanopatches, die 60 s lang gesputtert wurden, (D) Ag- und Pt-Nanopatches, die 60 s lang gemeinsam gesputtert wurden, (E) TEM-Bild von Ag- und Cu-Nanopatches, die 60 s lang gemeinsam auf einem TEM-Gitter gesputtert wurden, (F) Cu auf Ag-Nanopatches, die nacheinander 60 s lang auf einem TEM-Gitter gesputtert wurden. (E, F) entnommen aus Referenz18.

Um die antimikrobiellen und antiviralen Eigenschaften von gesputterten Ag- und Cu-Oberflächen qualitativ zu vergleichen, haben wir zunächst die antibakteriellen Eigenschaften von dünnen Ag/Pt- und Ag/Cu-Opferanoden-Nanopatches bewertet. Bakterientests wurden mit Staphylococcus aureus (S. aureus) unter Verwendung eines tropfenbasierten Versuchsaufbaus durchgeführt, der die Analyse planktonischer und anhaftender Bakterien ermöglichte. Planktonische Bakterien im Tropfen wurden durch Ausplattieren auf Blutagarplatten quantifiziert, während anhaftende Bakterien auf der Probenoberfläche durch Fluoreszenzmikroskopie sichtbar gemacht wurden.

Als Kontrollen dienten dünne Filme aus reinem Ti sowie dünne Nanopatches aus reinem Pt, Ag und Cu und zeigten keine signifikante antibakterielle Aktivität gegen S. aureus (Abb. 3A). Ebenso wurde das Bakterienwachstum durch gleichzeitig abgeschiedene dünne Ag/Pt-Nanopatches nicht beeinträchtigt, was auf das Fehlen eines Opferanodeneffekts hindeutet (Abb. 3B). Im Gegensatz dazu verhinderten nacheinander abgeschiedene dünne Ag/Pt-Nanopatches sowie dünne Ag/Cu-Nanopatches sowohl gleichzeitig als auch nacheinander abgeschieden das Bakterienwachstum nach 24-stündiger Inkubation wirksam (Abb. 3B).

Antibakterielle Aktivität gegenüber S. aureus (104 KBE/ml) von (A) einem kontinuierlichen Ti-Dünnfilm (Ti-Kontrolle) sowie dünnen Pt-, Ag- und Cu-Nanopatches, die auf einen Ti-Dünnfilm gesputtert sind, im Vergleich zu (B) dünnem Ag/Pt und dünne Ag/Cu-Nanopatches, die gleichzeitig (dh gemeinsam abgeschieden) oder nacheinander gesputtert werden (erstes Pt, zweites Ag oder erstes Ag, zweites Cu). Sputterzeit für alle Proben 60 s. Obere Abbildungen: repräsentative Fluoreszenzbilder von anhaftenden Bakterien auf Probenoberflächen nach 24-stündiger Inkubation und Färbung mit SYTO-9 (grüne Fluoreszenz); untere Bilder: repräsentative Blutagarplatten mit plattierten Planktonbakterien in der Tropfenflüssigkeit nach 24-stündiger Inkubation auf den verschiedenen Proben (weiße Bakterienkolonien weisen auf lebensfähige Zellen hin).

Da allgemein anerkannt ist, dass die antibakterielle Aktivität von Ag und Cu stark mit der Freisetzung von Ionen und deren Wechselwirkung mit zellulären Komponenten und Prozessen zusammenhängt, wurden Lösungen von Silberacetat (AgAc) und Kupfersulfat (CuSO4) als ionische Kontrollen für verwendet antibakterielle Aktivität von Ag und Cu gegenüber den grampositiven Bakterien S. aureus13,14. Signifikante antibakterielle Wirkungen wurden für AgAc bei Konzentrationen ≥ 1,0 µg/ml festgestellt, wohingegen CuSO4 signifikante Wirkungen ab Konzentrationen ≥ 5,0 µg/ml hervorrief (Abb. 4).

Quantitative Analyse der antibakteriellen Aktivität von Lösungen aus Silberacetat (AgAc, Tafel A) und Kupfersulfat (CuSO4, Tafel B) gegenüber S. aureus (verschiedene Bakterienkonzentrationen), durchgeführt mit dem AlamarBlue-Assay. Die Daten werden als Mittelwert ± SD von mindestens drei unabhängigen Experimenten ausgedrückt und als Prozentsatz unbehandelter Bakterien (keine Exposition) angegeben. Sternchen (*) zeigen signifikante Unterschiede (*p ≤ 0,05) im Vergleich zur unbehandelten Kontrolle an; Strichmarkierungen zeigen signifikante Unterschiede (*p ≤ 0,05) zwischen AgAc und CuSO4 an.

Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass das Fehlen einer antibakteriellen Wirkung von reinen Ag- und Cu-Nanopatches auf eine unzureichende Ionenfreisetzung aus diesen Strukturen zurückzuführen ist, während die Kombination von Ag und Pt sowie Ag und Cu zu einer verstärkten antibakteriellen Aktivität führt, die auf einer elektrochemisch verstärkten Auflösung basiert von Ag bzw. Cu (Abb. 3). Zuvor haben wir solche Opferanodeneffekte für nanopartikuläre und nanostrukturierte Ag/Pt-Systeme nachgewiesen11,12,15. In Bezug auf das Ag/Cu-System könnte zusätzlich zu einem möglichen Opferanodeneffekt von Ag auf Cu ein Kombinationseffekt der beiden antibakteriellen Metalle in Betracht gezogen werden10,12.

Nachdem wir in Übereinstimmung mit früheren Ergebnissen antibakterielle Wirkungen von gesputterten Ag- und Cu-Oberflächen sowie ionischen Ag- und Cu-Lösungen gezeigt hatten, wollten wir in einem nächsten Schritt mögliche antivirale Wirkungen dieser Oberflächen gegen SARS-CoV-2 analysieren. Eine Viruskontamination wurde durch die Inokulation von SARS-CoV-2 auf Oberflächen für entweder 1 Stunde oder 24 Stunden nachgeahmt, bevor die Virustiter als TCID50/ml bestimmt wurden (Abb. 5). Eine ausgeprägte antivirale Wirksamkeit wurde für dünne Cu-Filme beobachtet, die nach 1- und 24-stündiger Inkubation auf Si/SiO2-Stücke gesputtert wurden und die Virustiter um 3 log10 bzw. 4,5 log10 reduzierten, wohingegen Ag-Filme die Virustiter nicht reduzierten (Abb. 5A). Im Gegensatz dazu beeinflussten gesputterte Ag-Oberflächen die Virustiter nach 24-stündiger Exposition nur geringfügig und nicht signifikant. Die ICP-MS-Analyse ergab, dass aus diesen Filmen innerhalb von 24 Stunden Cu-Ionen im Bereich von 10.000–14.200 µmol/L freigesetzt werden, was darauf hindeutet, dass diese Menge für eine effiziente Inaktivierung von SARS-CoV-2 ausreicht (ergänzende Abbildung 1). Während Ag-Nanopflaster keinen Einfluss auf die virale Infektiosität hatten, reduzierten Nanopflaster mit einer dicken Cu-Schicht die Virustiter um 1 log10, wenn sie 24 Stunden lang zusammen mit SARS-CoV-2 inkubiert wurden (Abb. 5B), was zu einer Ionenfreisetzung von etwa 720 µmol/ führte. L (Ergänzende Abbildung 1). Interessanterweise verstärkten Cu & Ag und Cu auf Ag-Nanopatches die antiviralen Eigenschaften von allein Cu, mit einer signifikanten antiviralen Wirkung nach 24 Stunden, obwohl ähnliche Mengen an Cu freigesetzt wurden (870 µmol/L, ergänzende Abbildung 1). Dies könnte mit dem verbesserten elektrochemischen Cu-Ionenfreisetzungsmechanismus in der Opferanodenstruktur zusammenhängen, wo Cu leicht oxidiert und an das Medium abgegeben werden kann, da Cu-Ionen aufgrund der Anwesenheit von Ag den Reduktionsprozess unterstützen. Dünne Schichten reduzierten die Virustiter um 2,2 log10, während dicke Schichten die Virusinaktivierung erhöhten, was zu Reduktionsfaktoren von 3,9 log10 führte (Abb. 5C). Es wurde kein Unterschied in der antiviralen Wirkung zwischen gleichzeitig und nacheinander aufgebrachten Nanopatches festgestellt. Dies zeigt, dass reine Cu-Filme die höchste antivirale Wirkung bieten (Abb. 5A), was mit der höchsten Freisetzung von Ionen korreliert (13.000 µmol/L, ergänzende Abb. 1). Im Gegensatz dazu verringerten gemeinsam und nacheinander abgeschiedene Ag-Pt-Nanopflaster die virale Infektiosität innerhalb einer einstündigen Inkubationszeit nicht. Eine milde, aber nicht signifikante antivirale Wirkung (Reduzierung der Virustiter um 1 log10) wurde nach 24-stündiger Inkubation mit dünnem Ag und Pt sowie dünnem Ag auf Pt-Nanopflastern beobachtet (Abb. 5D). Um die Beobachtung, dass Ag-beschichtete Oberflächen keinen Einfluss auf die virale Infektiosität haben, weiter zu untersuchen, haben wir Silberacetatlösungen (AgAc) als Referenz verwendet, um die antiviralen Eigenschaften von Ag bei höheren Ionenkonzentrationen im Vergleich zu dem, was aus einem dünnen Film freigesetzt werden kann, zu testen Oberfläche oder einer Nanopatch-Struktur. Wir haben Konzentrationen im Bereich von 1 µg/ml bis 50 µg/ml Ag einbezogen und die Lösung 1 oder 24 Stunden lang mit SARS-CoV-2-haltigem Überstand beimpft, bevor wir die virale Infektiosität als TCID50/ml bestimmt haben. Nur Konzentrationen von 25 µg/ml oder mehr zeigten antivirale Eigenschaften und beseitigten die Infektiosität von SARS-CoV-2 vollständig, allerdings nur bei längerer Inkubation von 24 Stunden (Abb. 5E). Im Gegensatz dazu hatte die Virusexposition gegenüber CuSO4-Lösung in einem ähnlichen Versuchsaufbau keinen Einfluss auf die Virustiter (Abb. 5F). Zusammenfassend zeigen wir eine klare antivirale Wirkung von Cu-beschichteten Oberflächen gegen SARS-CoV-2 innerhalb einer Stunde Exposition, wohingegen Ag-beschichtete Oberflächen keinen Einfluss auf die virale Infektiosität hatten.

Ergebnisse der antiviralen Aktivität für (A) Cu- und Ag-Dünnfilme, die auf Si/SiO2-Stücke gesputtert wurden, oder (B–D) Nanopatches, die auf Si/SiO2 gesputtert wurden und für die angegebenen Zeiträume mit SARS-CoV-2 inkubiert wurden. (E–F) Silberacetat- (AgAc) und Kupfersulfatlösungen (CuSO4), die als Ionenkontrollen verwendet wurden, wurden mit SARS-CoV-2 versetzt und für ähnliche Zeiträume inkubiert. Das verbleibende infektiöse Virus wurde durch TCID50-Berechnung quantifiziert. Die gepunktete Linie zeigt die untere Quantifizierungsgrenze. Die Daten werden als Mittelwert ± SD von drei unabhängigen Experimenten ausgedrückt. Sternchen (*) zeigen signifikante Unterschiede (*p < 0,05; **p < 0,01; und ***p < 0,001) im Vergleich zu MOCK (unbehandelte Kontrolle) oder Si/SiO2 an.

Zur Bekämpfung mikrobieller und viraler Erkrankungen sind schnelle und wirksame Präventionsmaßnahmen dringend erforderlich. Die Übertragung von Fomiten über kontaminierte Oberflächen wurde für eine Vielzahl von Mikroben, darunter mehrere Viren, beschrieben und im Zusammenhang mit COVID-19 diskutiert. Auch wenn angenommen wird, dass Oberflächen bei der Verbreitung von SARS-CoV-2 eine untergeordnete Rolle spielen, stützen sich Interventionsstrategien im Bereich der öffentlichen Gesundheit immer noch auf Desinfektionsverfahren, um die Virusübertragung zu reduzieren. Es wurden verschiedene Oberflächenbeschichtungen mit topographisch und/oder chemisch induzierter antimikrobieller Aktivität vorgeschlagen, darunter nanostrukturierte Materialien sowie Materialien, die antimikrobielle Wirkstoffe (z. B. Antibiotika, antivirale Medikamente, Nanopartikel) enthalten, wie z. B. im Handel erhältliche antibakterielle/antivirale Folien, Textilien, Farben und viele mehr mehr19,20. Obwohl die Desinfektion die Ausbreitung von Infektionen wirksam verhindern kann, können die biologisch aktiven Wirkstoffe vieler weit verbreiteter Flächen- und Händedesinfektionsmittel auch gefährlich für Mensch und Umwelt sein, insbesondere bei längerer Anwendung oder Missbrauch. Insbesondere können Haut- und Augenreizungen sowie Verätzungen der Atemwege auftreten. Eine Störung der normalen Hautflora, die normalerweise eine Schutzbarriere gegen Schadstoffe darstellt, kann das Infektionsrisiko sogar erhöhen21.

Im Einklang mit van Doremalen et al. war SARS-CoV-2 auf gesputterten Cu-Oberflächen weniger stabil als auf allen anderen dünnen Filmen dieser Studie18. Ein dickerer Film führte zu einer ausgeprägteren antiviralen Wirkung. Im Gegensatz dazu reduzierten Cu-Nanostrukturen die antivirale Wirkung, was auf die verringerte Menge an freigesetzten Cu-Ionen zurückzuführen ist. Interessanterweise verstärkte die Kombination von Cu mit Ag durch Co-Sputtern oder sequenzielle Abscheidung von Cu auf Ag die antivirale Wirkung der nanoskaligen Strukturen (Cu-Nanopatch im Vergleich zu Ag-Cu-Nanopatch), insbesondere nach längerer Inkubation von 24 Stunden, wie durch Tests mit begrenzter Verdünnung überwacht . Im Gegensatz dazu zeigten dünne Filme aus reinem Ag oder Ag-basierten Opferanoden-Nanopatches (Ag in Kombination mit Pt) trotz effizienter Freisetzung von Ag-Ionen keine nennenswerte Fähigkeit zur Inaktivierung von SARS-CoV-2 (Abb. 5B–D). Experimente zur Ionenkontrolle zeigten, dass eine Mindestkonzentration von ≥ 25 µg/ml erforderlich ist, um die Virustiter bei 24-stündiger Inkubation deutlich zu reduzieren. Durch die Reduzierung der Silberacetatkonzentration oder der Inkubationszeit wurden jegliche antiviralen Wirkungen vollständig aufgehoben (Abb. 5E). Das bedeutet, dass nur sehr hohe Konzentrationen von Ag-Ionen eine Wirkung auf SARS-CoV-2 haben. In der Vergangenheit bestanden die meisten Nanopartikel (NPs), die für Studien zu antiviralen Aktivitäten verwendet wurden, aus Ag (Übersicht siehe20,21). Beispielsweise wurde die HIV-1-Infektiosität bei Konzentrationen von 25 µg Ag/ml und mehr gehemmt19,21. Kürzlich haben Jeremiah et al. berichteten, dass Ag-NPs (10 nm) bereits in niedrigeren Konzentrationen wirksam waren und extrazelluläres SARS-CoV-2 bei Konzentrationen zwischen 1 und 10 µg/ml22 hemmten. Es ist jedoch möglich, dass Nanopartikel nach der Bindung eine zusätzliche Partikelwirkung auf Viren ausüben, beispielsweise sterisch Hemmung. Auch eine Mischung aus Nanopartikeln in Lösung, die Au-NP (1 µg/ml) und Ag-NP (5 µg/ml) enthielt, war gegen SARS-CoV-2 und Influenzaviren wirksam, allerdings enthielt diese Mischung auch große Mengen (60 µg/ml) ZnO-NPs und zusätzlich ClO223. Im Allgemeinen muss berücksichtigt werden, dass Studien mit Nanopartikeln aufgrund verschiedener Faktoren wie vergrößerter Oberfläche, hoher Ionenfreisetzung, Aufnahme in Zellen, elektrostatischer Wechselwirkung und ggf. sterischer Wechselwirkung nicht direkt mit Studien an dünnen Filmen (oder dünnem Volumenmaterial) vergleichbar sind der kleinen Partikel und andere Faktoren. Unsere Ergebnisse zu Dünnfilmoberflächen, Nanopatches und ionischen Lösungen zeigen deutlich Unterschiede zwischen antiviralen und antibakteriellen Aktivitäten von Ag. Zur Inaktivierung von SARS-CoV-2 sind etwa zehnmal höhere Konzentrationen an Ag-Ionen erforderlich als wirksame antibakterielle Konzentrationen. Der Grund könnte in der unterschiedlichen Natur von Viren und Bakterien liegen. Als lebende Organismen bieten Bakterien im Vergleich zu einem Viruspartikel weitaus mehr Ag-empfindliche Stoffwechselprozesse wie Energiegewinnung oder Zellproliferation. Darüber hinaus weisen einige Bakterien wie S. aureus eine erhebliche inhärente Wachstumstoleranz bei hohen Cu-Konzentrationen auf24. Eine Kupfersulfatlösung von bis zu 50 µg/ml inaktivierte SARS-CoV-2 jedoch nicht (Abb. 5F). In unserer Studie hatten die ionischen Ag- und Cu-Lösungen ähnliche Konzentrationen bis zu 50 µg Metall/ml, um einen direkten Vergleich zu ermöglichen. Während ionisches Ag bei Konzentrationen von ≥ 1 µg/ml antibakteriell wirkt, ist ionisches Cu in viel höheren Konzentrationen erforderlich, um das Bakterienwachstum zu hemmen (z. B. 10 mM CuSO4). Mehrere Gruppen beobachteten ähnliche Unterschiede in der antibakteriellen Wirksamkeit zwischen Ag- und Cu-Ionen24,25,26, allerdings bei niedrigeren Gesamtionenkonzentrationen aufgrund des Wassertestmediums26. Daher zeigen Ag-Ionen bei äquimolaren Konzentrationen im Vergleich zu Cu-Ionen eine bessere antibakterielle Wirkung. Die Virushemmung durch lösliche Cu-Ionen erfordert möglicherweise höhere Konzentrationen über den in unseren Experimenten verwendeten Maximalwerten (50 µg/ml).

Im Gegensatz zu ionischen Spezies haben die antibakteriellen und antiviralen Aktivitäten von gesputterten Oberflächen aus festem Ag und Cu zu unterschiedlichen Ergebnissen geführt. Nanopflaster aus reinem Ag zeigen weder antibakterielle noch antivirale Aktivitäten. Offensichtlich ist die Freisetzung von Ag-Ionen unter diesen experimentellen Bedingungen unzureichend. Um diese begrenzte Ag-Ionenfreisetzung zu überwinden, können die aktiveren ionenfreisetzenden Opferanodenoberflächen verwendet werden, da sie selbst bei einem geringeren Gesamt-Ag-Gehalt eine viel bessere antibakterielle Wirksamkeit aufweisen11,12, wie hier auch für Ag/Pt-Proben beobachtet wurde (Abb. 3). . Allerdings konnten selbst diese antibakteriellen Ag/Pt-Proben keine antivirale Wirkung hervorrufen, was wiederum darauf hinweist, dass höhere Ag-Ionenkonzentrationen erforderlich sind, um eine antivirale Aktivität zu erreichen.

Bemerkenswerterweise zeigt unsere Studie, dass Festkörper-Cu entweder als dichter Film oder als Nanopatches in der Lage ist, antivirale Aktivität zu induzieren, Festkörper-Ag jedoch nicht. Die antiviralen Wirkungen hängen von der gesamten Cu-Menge (Dicke des gesputterten Cu und Ionenfreisetzung) und von der Zeit der Probenexposition ab.

Es wurde berichtet, dass feste Kupferverbindungen wirksame antivirale Aktivitäten aufweisen, wohingegen die von festem Ag deutlich geringer sind27. Insbesondere die Inaktivierung der HA- und NA-Oberflächenproteine des Influenzavirus wird durch die Exposition gegenüber Ag und Cu28 beeinflusst. Festkörper-Ag ist unter den experimentellen Bedingungen weniger anfällig für Oberflächenoxidation und setzt ionische Spezies frei als Festkörper-Cu. Es ist bekannt, dass mehrere Stoffwechselprodukte von Cu wie Kupferoxid (Cu2O), Sulfid (Cu2S) oder Chlorid (CuCl) hohe antivirale Aktivitäten aufweisen und Cu-Oberflächen ihre antiinfektiösen Eigenschaften auch nach der Oxidbildung beibehalten27,30.

Obwohl es zahlreiche Berichte über antibakterielle und antivirale Wirkungen von Ag oder Cu und ihren verwandten Verbindungen gibt, wird ein direkter Vergleich von Ag und Cu, wie er in unserer Studie durchgeführt wurde und sowohl bakterielle als auch virale Daten umfasst, selten gefunden und weist eine hohe Variabilität der berichteten Untersuchungsmethoden auf macht einen solchen direkten Vergleich schwierig31.

Kürzlich wurde über die schnelle Hemmung von SARS-CoV-2 auf Kupfer-Silber (Cu-Ag)-Nanohybridoberflächen berichtet und die Autoren führten die Rolle der primären SARS-CoV-2-Hemmung auf den Cu-Gehalt zurück32. Unsere Ergebnisse zeigten, dass die Kombination aus Cu und Ag (Cu- und Ag-Nanopatches) eine deutlich stärkere antivirale Aktivität ausübte als ähnliche Nanopatches, die nur aus Cu oder Ag bestanden. Dieser Effekt kann auf die erhöhte Cu-Ionenfreisetzung von Cu- und Ag-Nanopatches bei gleichzeitiger deutlicher Abnahme der Ag-Ionenfreisetzung im Vergleich zu Ag-Nanopatches zurückgeführt werden. Offenbar ist die Anwesenheit von Silber dennoch notwendig, um antivirale Effekte über Nanopatches zu ermöglichen. Diese Ergebnisse legen nahe, dass elektrochemische Prozesse wie der Opferanodeneffekt eine wichtige Rolle spielen könnten. Die genauen Mechanismen hierfür müssen jedoch noch in weiteren Studien geklärt werden.

Zusammengenommen könnten biozide Oberflächen eine konstante antivirale und antibakterielle Wirksamkeit gegen wiederkehrende Kontaminationen bieten und so die Ausbreitung bestimmter Krankheitserreger verringern, da die Oberfläche sauber bleibt und nicht verbraucht wird, während die Oberflächendesinfektion bei jeder Kontamination erneut angewendet werden muss33. Die antimikrobielle Aktivität von Cu-basierten Materialien und Oberflächen wurde gegen verschiedene Krankheitserreger nachgewiesen, darunter SARS-CoV-2, MRSA (Meticillin-resistenter S. aureus), VRE (Vancomycin-resistente Enterokokken) und andere nosokomiale Krankheitserreger, während Techniken wie Kälte eingesetzt werden -Sprühbeschichtung oder Cu-Imprägnierung würden die Notwendigkeit umgehen, vorhandene Oberflächen vollständig zu ersetzen34,35,36. Allerdings sind Inkubationszeiten von mehr als 1 Stunde für viele Verabreichungen nicht anwendbar und Präventionsmaßnahmen sollten daher im Hinblick auf den Zielerreger kritisch bewertet werden.

Dünnschichtproben wurden durch Gleichstrom-Magnetronsputtern in Ar-Atmosphäre (0,5 Pa) bei Raumtemperatur auf thermisch oxidierten Si-Substraten (Si/SiO2, 4,4 mm × 4,4 mm) hergestellt, die auf einer rotierenden Substratplatte platziert wurden. Es wurden Sputtertargets mit einem Durchmesser von 2 Zoll aus Cu (Reinheit 99,99 %, EvoChem), Ag (99,99 %, EvoChem) und Pt (99,99 %, ESG Edelmetall Services) verwendet. Daten zu allen Filmen sind in Tabelle 1 aufgeführt. Die Nenndicke der Filme wurde aus den vorgegebenen Sputterraten der verwendeten Elemente und den angegebenen Leistungsstufen berechnet. Beispiele für Bilder der Rasterelektronenmikroskopie (REM) und der Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) sind in Abb. 1 dargestellt.

Bakterientests wurden mit Staphylococcus aureus (S. aureus, DSMZ 1104) durchgeführt, der von der Deutschen Sammlung für Mikroorganismen und Zellkulturen (Braunschweig, Deutschland) bezogen wurde. S. aureus-Kulturen wurden über Nacht in Gehirn-Herz-Infusionsbrühe (BHI-Brühe, bioMerieux, Lyon, Frankreich) bei 37 °C unter Verwendung eines Schüttelwasserbades (JULABO GmbH, Seelbach, Deutschland) gezüchtet und die Bakterienkonzentrationen wurden durch Trübungsmessungen (Densichek) bestimmt Trübungsphotometer, bioMerieux). Die Adhäsion und Proliferation von S. aureus auf den verschiedenen Nanopatch-Proben wurde mithilfe eines tropfenbasierten Versuchsaufbaus analysiert, wie zuvor berichtet10,11. Kurz gesagt wurden 30 µL einer Bakterienlösung in BHI-Brühe mit 104 Zellen pro ml (KBE/ml) in die Mitte jeder Testprobe gegeben und anschließend 24 Stunden lang in einer feuchten Kammer (wassergesättigte Atmosphäre) unter Zellkulturbedingungen inkubiert ( 37 °C, 5 % CO2). Anschließend wurden die Tropfen abgesaugt, seriell verdünnt (1:104) und zur quantitativen Analyse planktonischer Bakterien auf Columbia-Blutagarplatten (bioMerieux) ausplattiert. Die qualitative Analyse der anhaftenden Bakterien wurde durch SYTO-9-Färbung (Molecular Probes, Invitrogen, Karlsruhe, Deutschland) durchgeführt und durch Fluoreszenzmikroskopie (BX61-Mikroskop, Olympus, Hamburg, Deutschland) nachgewiesen.

Silberacetat- (AgC2H3O2, AgAc) und Kupfersulfatlösungen (CuSO4) wurden als ionische Kontrollen für die antimikrobielle Aktivität von Ag bzw. Cu verwendet. Jede Lösung wurde in sterilem Reinstwasser hergestellt und auf den Gesamtmetallgehalt normalisiert (dh beispielsweise 100 µg/ml AgAc enthalten 100 µg/ml Ag). Verschiedene Bakterienkonzentrationen (103, 104, 105 KBE/ml) von S. aureus wurden 24 Stunden lang in BHI mit unterschiedlichen Konzentrationen von AgAc- und CuSO4-Lösungen (0,5, 1,0, 2,5, 5,0, 10, 25, 50 µg/ml) inkubiert. in 96-Well-Mikroplatten bei einem Gesamtprobenvolumen von 200 µL unter Zellkulturbedingungen. Anschließend wurde die Quantifizierung lebensfähiger Zellen mit dem AlamarBlue-Assay durchgeführt. Daher wurden die Bakteriensuspensionen mit 20 µL des AlamarBlue-Reagenzes (Invitrogen) bis zur sichtbaren Farbveränderung inkubiert und die Fluoreszenzintensität bei 590 nm mit einem Mikroplattenlesegerät (FLUOstar Optima, BMG LABTECH GmbH, Ortenberg, Deutschland) analysiert. Die Daten der behandelten Kulturen (Mittelwert ± SD) werden als Prozentsatz der unbehandelten Kontrollen (ohne AgAc oder CuSO4 kultivierte Bakterien) angegeben.

Zur Bewertung der Inaktivierungskapazität dünner Filme, die auf Si/SiO2-Stücken gesputtert wurden (siehe Sputtern von dünnen Filmen), 25 µL SARS-CoV-2 (hCoV-19/Deutschland/BY-Bochum-1/2020; GISAID-Zugangs-ID: EPI_ISL_1118929; 8,8 × 106 TCID50/ml) wurde in die Mitte jeder Testprobe getupft und 1 h und 24 h bei Raumtemperatur (22 ± 1 °C) und 32 ± 1 % Luftfeuchtigkeit inkubiert. Das Virus wurde durch Zugabe von 225 µL Dulbeccos modifiziertem Eagle-Medium (DMEM, ergänzt mit 10 % (v/v) fötalem Kälberserum (FCS), 1 % (v/v) nicht-essentiellen Aminosäuren, 100 IU/ml Penicillin, 100 µg/ml Streptomycin und 2 mM L-Glutamin). Anschließend wurden die Virustiter durch einen Endpunktverdünnungstest bestimmt, der an VeroE6-Zellen (freundlicherweise zur Verfügung gestellt von C. Drosten und M. Müller) durchgeführt wurde, die einen Tag vor der Titration mit 5 × 104 Zellen/ml in DMEM ausgesät wurden. Der verbleibende TCID50 wurde nach Spearman und Kärber berechnet.

Den antimikrobiellen Tests zufolge wurden Silberacetat- und Kupfersulfatlösungen als ionische Kontrollen verwendet. Daher wurde SARS-CoV-2 mit unterschiedlichen Konzentrationen von AgAc- und CuSO4-Lösungen (1,0, 2,5, 5,0, 10, 25, 50 µg/ml) versetzt und 1 Stunde und 24 Stunden bei Raumtemperatur inkubiert. Die verbleibenden Virustiter wurden erneut durch einen Endpunktverdünnungstest und anschließende TCID50-Berechnung quantifiziert.

ICP-MS wurde verwendet, um die Menge an Ionen zu bestimmen, die während des Kontakts mit der interessierenden Oberfläche in das Medium mit dem Virus freigesetzt werden. Die Verdünnungen wurden auf einen Kalibrierungsbereich zwischen 1 und 100 ppb eingestellt, der den höheren Konzentrationsteil der linearen Kalibrierungskurve darstellt. Entsprechend den Kalibrierungsmessungen wurden die Proben mit 2 % HNO3 angesäuert. Um mehrere Messungen zu ermöglichen oder die Verdünnung derselben Probe weiter anzupassen, wurden 10 ml Probenlösung durch Zugabe von 300 µL hochreiner 69 %iger HNO3 (Roth, Supra-Qualität), gründliches Mischen und Auffüllen auf 10 ml zur Anpassung erhalten eine Säurekonzentration von 2 %. Die Proben wurden mit einem iCAP RQ-System von Thermo Fisher Scientific im KED-Modus analysiert.

Die statistische Analyse der antibakteriellen Wirkung wurde mittels einfaktorieller ANOVA mit Bonferroni-Post-hoc-Test durchgeführt. Die statistische Analyse der antiviralen Wirkungen wurde durch eine Zwei-Wege-ANOVA in einer Mixed-Effects-Analyse mit Dunnets Mehrfachvergleich durchgeführt. p-Werte ≤ 0,05 wurden als statistisch signifikant angesehen.

Alle während dieser Studie generierten oder analysierten Daten sind in diesem veröffentlichten Artikel enthalten.

Goodman, SB, Yao, Z., Keeney, M. & Yang, F. Die Zukunft biologischer Beschichtungen für orthopädische Implantate. Biomaterialien 34, 3174–3183. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2013.01.074 (2013).

Artikel CAS Google Scholar

Chernousova, S. & Epple, M. Silber als antibakterielles Mittel: Ion, Nanopartikel und Metall. Angew. Chem. Int. Ed. 52, 1636–1653. https://doi.org/10.1002/anie.201205923 (2013).

Artikel CAS Google Scholar

Grass, G., Rensing, C. & Solioz, M. Metallisches Kupfer als antimikrobielle Oberfläche. Appl. Umgebung. Mikrobiol. 77, 1541–1547. https://doi.org/10.1128/AEM.02766-10 (2011).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Cameron, SJ, Hosseinian, F. & Willmore, WG Ein aktueller Überblick über die biologischen und zellulären Wirkungen von Nanosilber. Int. J. Mol. Wissenschaft. https://doi.org/10.3390/ijms19072030 (2018).

Artikel Google Scholar

Loza, K. et al. Die Auflösung und biologische Wirkung von Silbernanopartikeln in biologischen Medien. J. Mater. Chem. B. 2, 1634–1643. https://doi.org/10.1039/c3tb21569e (2014).

Artikel CAS Google Scholar

Lok, CN et al. Silbernanopartikel: Teiloxidation und antibakterielle Wirkung. J. Biol. Inorg. Chem. 12, 527–534. https://doi.org/10.1007/s00775-007-0208-z (2007).

Artikel CAS Google Scholar

Liu, J. & Hurt, RH Ionenfreisetzungskinetik und Partikelpersistenz in wässrigen Nanosilberkolloiden. Umgebung. Wissenschaft. Technol. 44, 2169–2175. https://doi.org/10.1021/es9035557 (2010).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Sadoon, AA et al. Silberionen verursachten eine schnellere Diffusionsdynamik histonartiger, nukleoidstrukturierender Proteine in lebenden Bakterien. Appl. Umgebung. Mikrobiol. https://doi.org/10.1128/AEM (2020).

Artikel Google Scholar

Akter, M. et al. Eine systematische Übersicht über die durch Silbernanopartikel induzierte Zytotoxizität: physikalisch-chemische Eigenschaften und Perspektiven. J. Adv. Res. 9, 1–16. https://doi.org/10.1016/j.jare.2017.10.008 (2018).

Artikel CAS Google Scholar

Köller, M. et al. Antibakterielle Aktivität von mikrostrukturierten Ag/Au-Opferanoden-Dünnfilmen. Mater. Wissenschaft. Ing. C 46, 276–280. https://doi.org/10.1016/j.msec.2014.10.058 (2015).

Artikel CAS Google Scholar

Köller, M. et al. Antibakterielle Aktivität mikrostrukturierter Opferanoden-Dünnfilme durch Kombination von Silber mit Elementen der Platingruppe (Platin, Palladium, Iridium). Mater. Wissenschaft. Ing. C 74, 536–541. https://doi.org/10.1016/j.msec.2016.12.075 (2017).

Artikel CAS Google Scholar

Abuayyash, A. et al. Verbesserte antibakterielle Leistung ultradünner Silber/Platin-Nanopatches durch einen Opferanodenmechanismus. Nanomed. Nanotechnologie. Biol. Med. 24, 102126. https://doi.org/10.1016/j.nano.2019.102126 (2020).

Artikel CAS Google Scholar

Rakowska, PD et al. Antivirale Oberflächen und Beschichtungen und ihre Wirkmechanismen. Komm. Mater. 2, 53. https://doi.org/10.1038/s43246-021-00153-y (2021).

Artikel CAS Google Scholar

Balagna, C., Perero, S., Percivalle, E., Nepita, EV & Ferraris, M. Viruzide Wirkung einer gesputterten Silber-Nanocluster/Silica-Verbundbeschichtung gegen das Coronavirus SARS-CoV-2. Öffnen Sie Ceram. 1, 100006. https://doi.org/10.1016/j.oceram.2020.100006 (2020).

Artikel CAS Google Scholar

Scully, JR, Hutchison, M. & Santucci, RJ Die COVID-19-Pandemie, Teil 2: Verständnis der Wirksamkeit oxidierter Kupferverbindungen bei der Unterdrückung der Übertragung infektiöser, aerosolbasierter Viren. Korrosion 77, 370–375. https://doi.org/10.5006/3827 (2021).

Artikel Google Scholar

Scully, JR Die COVID-19-Pandemie, Teil 1: Können antimikrobielle Legierungen auf Kupferbasis dazu beitragen, die infektiöse Übertragung von Viren zu unterdrücken, die durch menschlichen Kontakt mit häufig berührten Oberflächen entstehen? Korrosion 76, 523–527. https://doi.org/10.5006/3568 (2020).

Artikel CAS Google Scholar

Govind, V. et al. Antivirale Eigenschaften von Kupfer und seinen Legierungen zur Inaktivierung des Covid-19-Virus: eine Übersicht. BioMetals 34, 1217–1235. https://doi.org/10.1007/s10534-021-00339-4 (2021).

Artikel CAS Google Scholar

Ziegler, N. S. Herstellung und Charakterisierung von antibakteriellen, nanostrukturierten Oberflächen für Implantat-Werkstoffe, Bochum, (2020).

Balasubramaniam, B. et al. Gupta, antibakterielle und antivirale Funktionsmaterialien: Chemie und biologische Aktivität zur Bekämpfung von COVID-19-ähnlichen Pandemien. ACS Pharmacol. Übers. Wissenschaft. 4, 8–54. https://doi.org/10.1021/acsptsci.0c00174 (2021).

Artikel CAS Google Scholar

Erkoc, P. & Ulucan-Karnak, F. Nanotechnologiebasierte antimikrobielle und antivirale Oberflächenbeschichtungsstrategien. Prothese 3, 25–52. https://doi.org/10.3390/prosthesis3010005 (2021).

Artikel Google Scholar

Samara, F., Badran, R. & Dalibalta, S. Sind Desinfektionsmittel zur Prävention und Kontrolle von COVID-19 sicher?. Gesundheitssicherheit. 18, 496–498. https://doi.org/10.1089/hs.2020.0104 (2020).

Artikel CAS Google Scholar

Pilaquinga, F., Morey, J., Torres, M., Seqqat, R. & de las Nieves Piña, M. Silbernanopartikel als potenzielle Behandlung gegen SARS-CoV-2: eine Übersicht. Wiley Interdisziplinär. Rev. Nanomed. Nanobiotechnologie. https://doi.org/10.1002/wnan.1707 (2021).

Artikel Google Scholar

Galdiero, S. et al. Silbernanopartikel als potenzielle antivirale Wirkstoffe. Moleküle 16, 8894–8918. https://doi.org/10.3390/molecules16108894 (2011).

Artikel CAS Google Scholar

Tarrant, E. et al. Kupferstress bei Staphylococcus aureus führt zu adaptiven Veränderungen im zentralen Kohlenstoffstoffwechsel. Metallomics 11, 183–200. https://doi.org/10.1039/c8mt00239h (2019).

Artikel CAS Google Scholar

Greulich, C. et al. Im gleichen Konzentrationsbereich tritt die toxische Wirkung von Silberionen und Silbernanopartikeln gegenüber Bakterien und menschlichen Zellen auf. RSC Adv. 2, 6981–6987. https://doi.org/10.1039/c2ra20684f (2012).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Huang, HI et al. In-vitro-Wirksamkeit von Kupfer- und Silberionen bei der Ausrottung von Pseudomonas aeruginosa, Stenotrophomonas maltophilia und Acinetobacter baumannii: Auswirkungen auf die Desinfektion vor Ort zur Infektionskontrolle im Krankenhaus. Wasserres. 42, 73–80. https://doi.org/10.1016/j.watres.2007.07.003 (2008).

Artikel CAS Google Scholar

Sunada, K., Minoshima, M. & Hashimoto, K. Hocheffiziente antivirale und antibakterielle Aktivitäten von festen Kupferverbindungen. J. Hazard. Mater. 235–236, 265–270. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2012.07.052 (2012).

Artikel CAS Google Scholar

Minoshima, M. et al. Vergleich der antiviralen Wirkung fester Kupfer- und Silberverbindungen. J. Hazard. Mater. 312, 1–7. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2016.03.023 (2016).

Artikel CAS Google Scholar

Pietsch, F. et al. Selektion von Resistenzen durch antimikrobielle Beschichtungen im Gesundheitswesen. J. Hosp. Infizieren. 106, 115–125. https://doi.org/10.1016/j.jhin.2020.06.006 (2020).

Artikel CAS Google Scholar

Hans, M. et al. Rolle von Kupferoxiden bei der Abtötung von Bakterien durch Kontakt. Langmuir 29, 16160–16166. https://doi.org/10.1021/la404091z (2013).

Artikel CAS Google Scholar

Vincent, M., Duval, RE, Hartemann, P. & Engels-Deutsch, M. Kontakttötende und antimikrobielle Eigenschaften von Kupfer. J. Appl. Mikrobiol. 124, 1032–1046. https://doi.org/10.1111/jam.13681 (2018).

Artikel CAS Google Scholar

Mosselhy, DA et al. Kupfer-Silber-Nanohybride: Sars-Cov-2-hemmende Oberflächen. Nanomaterialien https://doi.org/10.3390/nano11071820 (2021).

Artikel Google Scholar

Poggio, C. et al. Kupferlegierungsoberflächen und Reinigungsprogramme gegen die Ausbreitung von SARS-CoV-2 in der Zahnmedizin und Orthopädie. Von Fomites bis hin zu antiinfektiven Nanobeschichtungen. Materialien 13, 1–12. https://doi.org/10.3390/ma13153244 (2020).

Artikel CAS Google Scholar

Hutasoit, N. et al. Sars-CoV-2 (COVID-19)-Inaktivierungsfähigkeit der kupferbeschichteten Touch-Oberfläche, hergestellt durch Kaltspray-Technologie. Hersteller Lette. 25, 93–97. https://doi.org/10.1016/j.mfglet.2020.08.007 (2020).

Artikel Google Scholar

Hewawaduge, C., Senevirathne, A., Jawalagatti, V., Kim, JW & Lee, JH Kupferimprägnierte dreischichtige Maske inaktiviert SARS-CoV2 effizient. Umgebung. Res. https://doi.org/10.1016/j.envres.2021.110947 (2021).

Artikel Google Scholar

Noyce, JO, Michels, H. & Keevil, CW Möglicher Einsatz von Kupferoberflächen zur Reduzierung des Überlebens epidemischer Meticillin-resistenter Staphylococcus aureus im Gesundheitswesen. J. Hosp. Infizieren. 63, 289–297. https://doi.org/10.1016/j.jhin.2005.12.008 (2006).

Artikel CAS Google Scholar

Referenzen herunterladen

Wir danken allen Mitarbeitern der Abteilung für Molekulare und Medizinische Virologie für hilfreiche Anregungen und Diskussionen. Wir danken Herrn Martin Trautmann vom Lehrstuhl für Analytische Chemie (Prof. Dr. Wolfgang Schuhmann) der Ruhr-Universität Bochum für die ICP-MS-Messungen. Der ZGH wird für den Zugang zum SEM gedankt.

Wir bedanken uns für die Unterstützung durch den Open-Access-Publikationsfonds der Ruhr-Universität Bochum. ES wurde von der VIRus ALLiance NRW (VIRAL) des Ministeriums für Kultur und Wissenschaft des Landes Nordrhein-Westfalen (Fördernummer 323-8.03-151826) und von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) – Fördernummer Nr . 458338078. SP wurde von der DFG gefördert – Fördernr. 458610711. Open-Access-Förderung ermöglicht und organisiert durch Projekt DEAL.

Diese Autoren haben gleichermaßen beigetragen: Toni Luise Meister, Jill Fortmann und Marina Breisch.

Abteilung für Molekulare und Medizinische Virologie, Ruhr-Universität Bochum, Universitätsstr. 150, 44780, Bochum, Deutschland

Toni Luise Meister, Eike Steinmann & Stephanie Pfaender

Lehrstuhl für Materialforschung und Grenzflächen, Ruhr-Universität Bochum, Universitätsstr. 150, 44780, Bochum, Deutschland

Jill Fortmann & Alfred Ludwig

BG Universitätsklinikum Bergmannsheil Bochum, Chirurgische Forschung, Ruhr-Universität Bochum, Buerkle de la Camp Platz-1, 44789, Bochum, Deutschland

Marina Breisch, Christina Sengstock & Manfred Köller

Leibniz-Institut für Analytische Wissenschaften - ISAS – e.V., Bunsen-Kirchhoff-Straße 11, 44139, Dortmund, Germany

Christina Sengstock

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

Konzeption und Design: MB, CS, ES, MK, SP, AL; Datenerfassung und -analyse: TLM, JF, MB; Interpretation der Daten: TLM, JF, MB, CS, ES, MK, SP, AL; Schreiben: TLM, JF, MB, CS, ES, MK, SP, AL

Korrespondenz mit Stephanie Pfänder oder Alfred Ludwig.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

Springer Nature bleibt neutral hinsichtlich der Zuständigkeitsansprüche in veröffentlichten Karten und institutionellen Zugehörigkeiten.

Open Access Dieser Artikel ist unter einer Creative Commons Attribution 4.0 International License lizenziert, die die Nutzung, Weitergabe, Anpassung, Verbreitung und Reproduktion in jedem Medium oder Format erlaubt, sofern Sie den/die Originalautor(en) und die Quelle angemessen angeben. Geben Sie einen Link zur Creative Commons-Lizenz an und geben Sie an, ob Änderungen vorgenommen wurden. Die Bilder oder anderes Material Dritter in diesem Artikel sind in der Creative Commons-Lizenz des Artikels enthalten, sofern in der Quellenangabe für das Material nichts anderes angegeben ist. Wenn Material nicht in der Creative-Commons-Lizenz des Artikels enthalten ist und Ihre beabsichtigte Nutzung nicht gesetzlich zulässig ist oder über die zulässige Nutzung hinausgeht, müssen Sie die Genehmigung direkt vom Urheberrechtsinhaber einholen. Um eine Kopie dieser Lizenz anzuzeigen, besuchen Sie http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Nachdrucke und Genehmigungen

Meister, TL, Fortmann, J., Breisch, M. et al. Nanoskalige Kupfer- und Silber-Dünnschichtsysteme weisen Unterschiede in den antiviralen und antibakteriellen Eigenschaften auf. Sci Rep 12, 7193 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-11212-w

Zitat herunterladen

Eingegangen: 29. Oktober 2021

Angenommen: 12. April 2022

Veröffentlicht: 03. Mai 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-11212-w

Jeder, mit dem Sie den folgenden Link teilen, kann diesen Inhalt lesen:

Leider ist für diesen Artikel derzeit kein Link zum Teilen verfügbar.

Bereitgestellt von der Content-Sharing-Initiative Springer Nature SharedIt

Biomedizinische Materialien und Geräte (2023)

Durch das Absenden eines Kommentars erklären Sie sich damit einverstanden, unsere Nutzungsbedingungen und Community-Richtlinien einzuhalten. Wenn Sie etwas als missbräuchlich empfinden oder etwas nicht unseren Bedingungen oder Richtlinien entspricht, kennzeichnen Sie es bitte als unangemessen.

Blog

Nanoskalige Kupfer- und Silber-Dünnschichtsysteme weisen Unterschiede in den antiviralen und antibakteriellen Eigenschaften auf