Màng nhựa mới phủ hàng ngàn cột nhỏ có thể xé toạc virus khi tiếp xúc
New plastic film covered in thousands of tiny pillars can tear apart viruses on contact
The textured acrylic plastic surface, inspired by insect wings, could help prevent the spread of major viruses.
Bề mặt nhựa acrylic có kết cấu, lấy cảm hứng từ cánh côn trùng, có thể giúp ngăn chặn sự lây lan của các loại virus lớn.
Think of how many surfaces you touch every day, from your kitchen bench to the hand rail on the bus or train, your work desk and your phone screen.
Hãy nghĩ xem bạn chạm vào bao nhiêu bề mặt mỗi ngày, từ bàn bếp đến tay vịn trên xe buýt hoặc tàu hỏa, bàn làm việc và màn hình điện thoại của bạn.
A range of nasty viruses and other germs can easily spread via these surfaces. The typical route of infection involves touching a contaminated surface – and then touching your eyes, nose or mouth.
Nhiều loại vi-rút độc hại và các loại mầm bệnh khác có thể dễ dàng lây lan qua các bề mặt này. Đường lây nhiễm điển hình là chạm vào một bề mặt bị ô nhiễm – và sau đó chạm vào mắt, mũi hoặc miệng của bạn.
Of course, it’s possible to clean surfaces with chemical products. But these can wear off, harm the environment or contribute to antimicrobial resistance, where germs no longer respond to medicines because of repeated exposure.
Tất nhiên, có thể làm sạch bề mặt bằng các sản phẩm hóa học. Nhưng những sản phẩm này có thể bị hao mòn, gây hại cho môi trường hoặc góp phần gây ra tình trạng kháng kháng sinh, nơi mầm bệnh không còn phản ứng với thuốc do tiếp xúc lặp đi lặp lại.
In our new study, published in Advanced Science, colleagues and I created a thin plastic surface with tiny nanoscale features, billionths of a metre in size, that mimic the nanotextured surface of insect wings and can physically rupture viruses – specifically human parainfluenza virus type 3(hPIV-3).
Trong nghiên cứu mới của chúng tôi, được công bố trên tạp chí Advanced Science, các đồng nghiệp và tôi đã tạo ra một bề mặt nhựa mỏng với các đặc điểm nano cực nhỏ, kích thước bằng tỷ phần mét, mô phỏng bề mặt có cấu trúc nano của cánh côn trùng và có thể phá vỡ vi-rút bằng phương pháp vật lý – cụ thể là vi-rút parainfluenza người loại 3(hPIV-3).
This new material offers a cheap, scalable way to make surfaces such as phones and hospital equipment far less likely to spread disease.
Vật liệu mới này mang lại một cách rẻ tiền và có khả năng mở rộng để làm cho các bề mặt như điện thoại và thiết bị y tế ít có khả năng lây lan bệnh hơn rất nhiều.
The downsides of disinfectants
Nhược điểm của chất khử trùng
Current methods for combating the spread of viruses via surfaces usually involves cleaning to remove dirt and disinfection to remove hidden contaminants.
Các phương pháp hiện tại để chống lại sự lây lan của vi-rút qua bề mặt thường bao gồm việc làm sạch để loại bỏ bụi bẩn và khử trùng để loại bỏ các chất ô nhiễm ẩn.
Disinfectant must remain wet for some time to kill germs. This can be challenging in some real-world settings.
Chất khử trùng phải giữ ẩm trong một khoảng thời gian nhất định để tiêu diệt vi khuẩn. Điều này có thể là thách thức trong một số môi trường thực tế.
Surfaces can also be recontaminated quickly when other people touch them. And disinfection often involves the use of harsh chemicals which can damage equipment and the environment.
Bề mặt cũng có thể bị tái nhiễm nhanh chóng khi người khác chạm vào. Và khử trùng thường liên quan đến việc sử dụng các hóa chất mạnh có thể làm hỏng thiết bị và môi trường.
Scientists have previously developed antiviral surface modifications. These strategies often involve incorporating materials such as graphene or tannic acid and other natural agents into personal protective equipment such as masks, gloves, goggles, hard hats, and respirators.
Các nhà khoa học đã phát triển các phương pháp biến đổi bề mặt kháng vi-rút. Các chiến lược này thường bao gồm việc tích hợp các vật liệu như graphene hoặc axit tannic và các tác nhân tự nhiên khác vào các thiết bị bảo hộ cá nhân như khẩu trang, găng tay, kính bảo hộ, mũ cứng và máy thở.
These coatings are efficient. But they can pose a risk to human health. They can also be environmental hazards due to chemical leaching and have declining effectiveness over time as the potency of the active ingredients weakens.
Những lớp phủ này rất hiệu quả. Nhưng chúng có thể gây rủi ro cho sức khỏe con người. Chúng cũng có thể là mối nguy hại môi trường do rò rỉ hóa chất và giảm hiệu quả theo thời gian khi độ mạnh của các thành phần hoạt tính suy yếu.
A decade-long journey
Hành trình kéo dài một thập kỷ
Our journey toward a virus-bursting surface started more than a decade ago.
Hành trình của chúng tôi hướng tới một bề mặt phá vỡ virus đã bắt đầu hơn một thập kỷ trước.
We initially aimed to engineer a surface so smooth that germs would simply slide off. Surprisingly, we discovered the opposite. Bacteria adhere quite readily to nanoscopically smooth surfaces.
Ban đầu, chúng tôi đặt mục tiêu chế tạo một bề mặt cực kỳ nhẵn để vi trùng chỉ trượt đi. Ngạc nhiên thay, chúng tôi phát hiện ra điều ngược lại. Vi khuẩn bám rất dễ dàng vào các bề mặt nhẵn ở cấp độ nano.
Nature offers examples of bacteria-free surfaces. Take the water-repelling wings of cicadas and dragonflies. While these wings are self-cleaning, they act less by repelling bacteria and more as natural bactericides. That is, they kill bacteria. Natural bactericides are nature-derived “agents” that can kill germs, rather than inhibit their growth.
Tự nhiên cung cấp các ví dụ về bề mặt không vi khuẩn. Hãy xem đôi cánh chống nước của ve sầu và chuồn chuồn. Mặc dù những đôi cánh này tự làm sạch, chúng hoạt động ít bằng cách đẩy lùi vi khuẩn mà giống như các chất diệt khuẩn tự nhiên hơn. Tức là, chúng tiêu diệt vi khuẩn. Chất diệt khuẩn tự nhiên là các “tác nhân” có nguồn gốc từ tự nhiên có thể tiêu diệt vi trùng, thay vì chỉ ức chế sự phát triển của chúng.
Experiments my colleagues and I did with gold-coated wings confirmed this bacteria-killing effect is not driven by surface chemistry, but rather by topography.
Các thí nghiệm mà tôi và đồng nghiệp thực hiện với cánh phủ vàng đã xác nhận rằng hiệu ứng tiêu diệt vi khuẩn này không phải do hóa học bề mặt, mà là do địa hình(topography).
The physical nanostructures on the surface essentially force bacterial cell membranes to stretch and rupture.
Các cấu trúc nano vật lý trên bề mặt về cơ bản buộc màng tế bào vi khuẩn phải căng ra và vỡ.
Our earlier work showed that nanospike-covered silicon effectively destroys viruses on contact. But its rigid nature restricts its use on complex objects.
Công trình trước đây của chúng tôi cho thấy silicon phủ gai nano phá hủy virus hiệu quả khi tiếp xúc. Nhưng tính chất cứng nhắc của nó hạn chế việc sử dụng trên các vật thể phức tạp.
A lightweight, flexible and virus-bursting material
Vật liệu nhẹ, linh hoạt và phá vỡ virus
In this new study, we addressed this problem by creating a virus-bursting material that was lightweight, cost-effective and flexible.
Trong nghiên cứu mới này, chúng tôi đã giải quyết vấn đề này bằng cách tạo ra một vật liệu phá vỡ virus, vật liệu này vừa nhẹ, vừa tiết kiệm chi phí và linh hoạt.
This material is a thin acrylic film covered in thousands and thousands of ultra fine pillars. The nanotextured materials are smooth to touch. However, these nanopillars grab and stretch a virus’s outer shell until it ruptures. This kills viruses through mechanical force.
Vật liệu này là một màng acrylic mỏng được phủ hàng nghìn cột siêu mịn. Các vật liệu có cấu trúc nano này khi chạm vào rất mịn. Tuy nhiên, các cột nano này sẽ bám và kéo căng lớp vỏ ngoài của virus cho đến khi nó vỡ ra. Điều này tiêu diệt virus bằng lực cơ học.
Lab tests with hPIV 3, which causes bronchiolitis and pneumonia, found up to 94% of virus particles were ripped apart or fatally damaged within an hour of contact with this material.
Các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm với hPIV 3, tác nhân gây viêm tiểu phế quản và viêm phổi, cho thấy tới 94% các hạt virus bị xé toạc hoặc hư hại nghiêm trọng trong vòng một giờ tiếp xúc với vật liệu này.
We discovered the distance between nanopillars matters far more than their height, with tightly packed pillars about 60 nanometres apart working best.
Chúng tôi phát hiện ra rằng khoảng cách giữa các cột nano quan trọng hơn nhiều so với chiều cao của chúng, với các cột được xếp khít cách nhau khoảng 60 nanomet là hiệu quả nhất.
The mould we used to create this material can be easily scaled to provide wide-ranging industrial opportunities, from food packaging to public transport systems to hospital equipment and office desks.
Khuôn mẫu chúng tôi sử dụng để tạo ra vật liệu này có thể dễ dàng mở rộng quy mô để mang lại nhiều cơ hội công nghiệp đa dạng, từ bao bì thực phẩm đến hệ thống giao thông công cộng, thiết bị bệnh viện và bàn văn phòng.
Nanostructured surfaces are built for durability. But they are susceptible to the same physical, chemical, and environmental stressors as any other material, and will degrade over time.
Các bề mặt có cấu trúc nano được thiết kế để bền bỉ. Nhưng chúng vẫn dễ bị ảnh hưởng bởi các tác nhân gây căng thẳng vật lý, hóa học và môi trường tương tự như bất kỳ vật liệu nào khác, và sẽ bị suy thoái theo thời gian.
Much remains to be discovered in the search for germ-free surfaces. But these nanotextured surfaces have enormous potential in the fight against viruses and provide an alternative to traditional, chemical-based methods.
Vẫn còn nhiều điều cần được khám phá trong việc tìm kiếm các bề mặt không vi trùng. Nhưng các bề mặt có cấu trúc nano này có tiềm năng to lớn trong cuộc chiến chống lại virus và cung cấp một giải pháp thay thế cho các phương pháp truyền thống dựa trên hóa chất.
Elena Ivanova does not work for, consult, own shares in or receive funding from any company or organisation that would benefit from this article, and has disclosed no relevant affiliations beyond their academic appointment.
Elena Ivanova không làm việc cho, tư vấn, sở hữu cổ phần hoặc nhận tài trợ từ bất kỳ công ty hoặc tổ chức nào được hưởng lợi từ bài báo này, và đã không tiết lộ bất kỳ mối liên hệ nào liên quan ngoài vị trí học thuật của mình.
Read more
-
Xung đột Trung Đông ngày càng giống một cuộc chiến mà không ai có thể chiến thắng.
Middle East conflict looks increasingly like a war nobody can win
-
Cuộc chiến Iran sẽ thay đổi Trung Đông như thế nào? Chúng tôi đã hỏi 5 chuyên gia
How will the Iran war change the Middle East? We asked 5 experts