Biofysici hebben een oppervlak ontwikkeld dat is bezaaid met stekels van een paar nanometer dik die bijna alle virussen doorboren die ermee in contact komen. Het materiaal zou de verspreiding van ziekten in laboratoriums en ziekenhuizen kunnen tegengaan.
Een internationaal onderzoeksteam onder leiding van het Royal Melbourne Institute of Technology in Australië heeft een uniek oppervlak gemaakt dat vol staat met piepkleine stekeltjes. De speciale stekels zijn luttele nanometers groot (waarbij een nanometer overeenkomt met een miljardste van een meter). Door hun minimale afmeting spietsen ze bijna alle virussen die op het oppervlak landen. Het materiaal kan helpen om de verspreiding van potentieel gevaarlijke deeltjes in laboratoriums en zorginstellingen tegen te gaan.
Stekelige structuur
Een deel van het Australisch-Spaans-Japanse onderzoeksteam, onder leiding van biofysicus Elena Ivanova van het Royal Melbourne Institute of Technology, laat zich al meerdere jaren inspireren door methodes uit de natuur om ziekteverwekkers te doden. Zo zijn de vleugels van sommige insecten, zoals libellen of cicaden, bezaaid met een stekelige structuur die bacteriën en schimmels doorboren.
‘De mooiste dingen ontdek je door er niet specifiek naar te zoeken’
Medisch bioloog Yvette van Kooyk wil het immuunsysteem leren kankercellen aan te vallen door hun suikerjas-vermomming weg te knippen.
Virussen zijn echter ongeveer een factor tien kleiner dan bacteriën. Zo is het virus dat gebruikt is voor de studie tussen de 100 en 400 nanometer groot. Om die door te prikken, moesten de stekels nog kleiner zijn.
Ionen-bombardement
Voor deze uitdaging gebruikten de onderzoekers een gladde plaat van silicium, een halfgeleidend materiaal dat ook veel in zonnecellen voorkomt. Door deze plaat met ionen te bombarderen, konden de wetenschappers op extreem precieze wijze stukjes materiaal verwijderen. Dit publiceerden ze in het wetenschappelijke tijdschrift ACS Nano.
Het resultaat was een plaat die er met het blote oog uitziet als een vlakke, zwarte spiegel. Toch is het oppervlak bezaaid met extreem kleine naaldjes die 2 nanometer dik en ongeveer 300 nanometer hoog zijn. Beeld je een tandenstoker in en verklein die een kwart miljoen keer; zo groot zijn de nanostekels.
Binnen zes uur vernietigd
Vervolgens plaatsten de onderzoekers het HPIV-3-virus, dat bronchitis en longontstekingen veroorzaakt, op het oppervlak. In hun experimenten wisten de nanostekels 96 procent van alle virusdeeltjes te spietsen. Hierbij werden de virussen uit elkaar getrokken of zodanig beschadigd dat ze zich niet meer konden vermenigvuldigen voor een uiteindelijke infectie.
Met een elektronenmicroscoop zagen de wetenschappers dat het oppervlak het membraan van virusdeeltjes wist door te prikken. De meeste virusdeeltjes waren binnen zes uur nadat ze met het oppervlak in contact kwamen volledig vernietigd. Door apparaten of oppervlakken die vaak worden aangeraakt te bedekken met dit materiaal, zouden virussen zich minder snel verspreiden.
Nog niet schaalbaar
Dat de stekels door onze aanraking zouden afbreken, of ons zouden prikken, is niet aan de orde. De stekels zitten zo dicht bij elkaar dat het oppervlak voor ons als glad aanvoelt, zegt chemicus Jeroen Cornelissen van de Universiteit Twente. ‘Denk aan een haarborstel. Daar zou je de haren een voor een van kunnen breken, maar alle haren samen buigen nauwelijks door onder de druk van je hand.’
Toch is het onderzoek volgens Cornelissen vooralsnog eerder fundamenteel dan toepasbaar. ‘De gebruikte ionentechniek kan een stuk silicium ter grootte van een grammofoonplaat uitstekend bewerken, maar geen hele operatietafel etsen’, zegt hij. ‘Met deze techniek is het maken van dit nanomateriaal nog niet schaalbaar.’
Ideale verdeling
Ook is het niet de eerste keer dat een nanomateriaal gemaakt is om virussen bij contact uit te schakelen. ‘Wel uniek aan deze studie is dat de onderzoekers ingewikkelde computersimulaties hebben uitgevoerd die laten zien hoe de stekels het membraan van de virussen doorboren’, zegt Cornelissen. ‘Zo konden ze bepalen welke verdeling van stekels ideaal is om virussen uit te schakelen.’
