سطوح چطور مقابل کرونا مقاوم می‌شوند؟

به گزارش اقتصادآنلاین به نقل از همشهری؛ نگرانی از نوع جدید ویروس کرونا هنوز در هیچ جای دنیا تمام نشده است و پیش‌بینی دانشمندان این است که حتی اگر کرونا تمام شود در آینده، سالانه 10میلیون نفر بر اثر میکروب‌ها و ویروس‌های بیماری‌زا کشته می‌شوند. بسیاری از این میکروب‌ها در برابر تنها ابزار دفاعی ما که همان آنتی‌بیوتیک‌ها هستند، مقاومت بیشتری از خود نشان می‌دهند. این عدد گرچه چندان قابل استناد نیست اما جرالد لروی ماموس، محقق بیماری‌های عفونی در امپریال کالج لندن اغلب بر این عدد تأکید می‌کند. بی‌بی‌سی در گزارشی نوشته است، 700هزار نفر هر ساله بر اثر بیماری‌های مقاوم در برابر دارو جان می‌دهند. طی یک دهه گذشته، آمار داروهایی که می‌توانستیم علیه باکتری‌های مضر مصرف کنیم، رو به کاهش رفته است. در عین حال، سایر ارگانیسم‌های ایجادکننده بیماری مانند قارچ‌ها، ویروس‌ها و انگل‌ها تقریبا به‌همان سرعت تولید داروهای جدید، در برابر داروهای مورد استفاده برای مقابله با آنها مقاوم می‌شوند. این بدان معناست که درمان بیماری‌های ناشی از این ارگانیسم‌ها هر روز سخت‌تر می‌شود. به همین علت ماموس هشدار می‌دهد که اگر کاری نکنیم، 10میلیون نفر در سال خواهند مرد. او ازجمله کسانی است که به‌دنبال روش‌های جدیدی برای مقابله با مقاومت میکروب‌هاست. برنامه او استفاده از سطوحی است که نتوانند عوامل بیماری‌زا را از یک شخص به شخصی دیگر منتقل کنند.

استفاده از لیزر

می‌توان با استفاد از لیزر روی سطوح مسی بافت‌های ناهمواری ایجاد کرد که باعث افزایش مساحت سطح می‌شود و به این ترتیب بسیاری از باکتری‌ها با گسترش سطح نابود می‌شوند. محققان دانشگاه پوردو در ایندیانا که این روش را توسعه داده‌اند، دریافتند که این تکنیک می‌تواند حتی حجم بسیار بالای انواع باکتری‌های مقاوم به آنتی‌بیوتیک را تنها طی 2ساعت از بین ببرد. چنین نوآوری‌هایی نه‌تنها می‌تواند برای دستگیره درها مفید باشد، بلکه می‌تواند به ساخت ایمپلنت‌های پزشکی مانند مفصل ران کمک کند تا احتمال عفونت در آنها کاهش یابد.

سطوح؛ مسیر انتقال بیماری

ماموس می‌گوید: سطوحی که در کارهای روزمره ما لمس می‌شوند می‌توانند یک مسیر انتقال باشند؛ در واقع، ویروس عامل بیماری کووید-19 می‌تواند تا 24ساعت روی مقوا بماند و روی پلاستیک و فولاد ضد‌زنگ تا 3روز فعال باشد. برخی از باکتری‌ها ازجمله E. Coli و MRSA می‌توانند حتی چند‌ماه روی سطوح باقی بمانند و این در حالی است که مخمرهای آلوده تا هفته‌ها دوام می‌آورند. این یافته‌ها نشان می‌دهد که ضدعفونی‌کردن مداوم سطوحی که مرتبا لمس می‌شوند از اهمیت بالایی برخوردارند.

دانشمندان با ایجاد تغییرات ساده یا پوشاندن این سطوح با موادی که باعث از بین‌رفتن سریع‌تر باکتری‌ها و ویروس‌ها می‌شوند، امیدوارند که ارگانیسم‌های عفونی را قبل از واردشدن به بدن شکست دهند.

آلیاژهای مس

ماموس به آلیاژهای مس بسیار امیدوار است. یون‌های موجود در آلیاژهای مس ضد‌ویروس و ضد‌باکتری هستند و می‌توانند طی 2ساعت بیش از 99.9درصد از باکتری‌ها را از بین ببرند. مس حتی از نقره هم که برای فعال‌شدن خواص ضد‌میکروبی‌اش نیاز به رطوبت دارد، مؤثرتر است. ماموس می‌گوید: مس یکی از موادی است که انسان از 3هزار سال پیش، از آن بهره برده است. یونانیان باستان قبلا از مس برای پخت‌وپز و کاربردهای پزشکی استفاده می‌کردند.

با وجود این، امروز از مس در مراکز پزشکی استفاده چندانی نمی‌شود. این فلز ضمن اینکه گران است، تمیزکردن آن با سابیدن سطح آن ممکن می‌شود که کاری دشوار است. همچنین بسیاری از افراد از چنین موادی بیزار هستند. برای مثال همه دوست ندارند که روی یک توالت فرنگی فلزی بنشینند. به این ترتیب با گذشت زمان، مس با فولاد ضد‌زنگ و سپس پلاستیک جایگزین شده است. مزیت این مواد وزن کم و ارزان‌بودن آنهاست اما در عین حال به این واقعیت باید توجه کرد که مس نیاز به استریل‌کردن ندارد.

اگرچه پوشاندن همه سطوح با مس امکان‌پذیر نخواهد بود اما ماموس معتقد است که استفاده از این فلز در آلیاژهای ابزارهای حساس مانند دکمه‌های آسانسور و دستگیره درها می‌تواند به کاهش آلودگی و در نتیجه به جلوگیری از گسترش میکروب کمک کند.

آلیاژهای تیتانیوم

توانایی تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم هم ایوانوا را بسیار شگفت‌زده کردند. این فلز که می‌تواند به‌وسیله حرارت و تحت فشار زیاد ذوب شود، یک ورقه ظریف با برآمدگی‌های تیز تشکیل می‌دهد که این ورقه می‌تواند انواع مختلف باکتری را از بین ببرد. همچنین دی‌اکسید تیتانیوم وقتی در معرض اشعه ماوراء‌بنفش قرار می‌گیرد، گونه‌های واکنشی اکسیژن‌مانند پراکسیدها را ایجاد می‌کند که میکروب‌ها را غیرفعال می‌کنند. به‌عنوان مثال، برای پوشش بست‌های دندانپزشکی، از این ماده به‌منظور کاستن از میزان باکتری‌ها استفاده می‌شود. حتی قرارگرفتن در معرض این نوع پوشش‌ها که در لامپ‌های تجاری استفاده می‌شود، در مدت 4ساعت می‌تواند بسیاری از باکتری‌های زنده را کاهش دهد. ایوانوا می‌گوید: این سطوح به هیچ کار خاصی مانند استفاده از مواد شیمیایی یا آنتی‌بیوتیک‌ها نیاز ندارد.

شکار ویروس‌ها

با وجود این، تولید سطحی که بتواند از ابتلا به ویروس جلوگیری کند، نیاز به دقت بسیار بالایی دارد زیرا ویروس‌ها از باکتری‌ها کوچک‌تر هستند. با این حال، ولادیمیر بائولین، بیوفیزیک‌دان دانشگاه Universitat Rovira i Virgili در اسپانیا، معتقد است که می‌توان از تکنیک‌های مشابه برای مقابله با ویروس‌ها، ازجمله ویروس کرونا استفاده کرد. یک استراتژی این است که ذرات ویروسی را بین نانوذرات به دام انداخت. نانوذرات ساختارهای ریز میله‌ای‌شکل هستند که می‌توانند در یک سطح تولید شوند. این کار می‌تواند به جمع‌آوری ذرات ویروس کمک کند تا دانشمندان از این طریق بتوانند تست‌های آزمایشگاهی و واکسن تولید کنند. استراتژی دیگر این است که یک سطح را به‌گونه‌ای دارای بافت کنیم که نانوذرات آن به‌طور فیزیکی خارجی‌ترین لایه ویروس را پاره کنند؛ شبیه کاری که فیلترهای ماسک انجام می‌دهند.

بال‌های نجات‌بخش

النا ایوانوا، بیوشیمیست مولکولی در دانشگاه RMIT استرالیا می‌گوید: بال‌های حشرات «سیکادا» به‌دلیل اثر خودپاک‌کنندگی مشهور هستند. بال‌های آنها بسیار آب‌گریز هستند؛ به این معنی که قطرات آب، مثل برگ‌های نیلوفر آبی، روی بال آنها نمی‌ماند و این اتفاق باعث می‌شود که آلاینده‌ها با آب پاک شوند. از آن مهم‌تر، او می‌گوید که آنها دارای تیغ‌های ریزی روی سطح بال خود هستند که مانع از تجمع و رشد سلول‌های باکتریایی می‌شوند.

ایوانوا که حدود 10سال درباره روش‌های الهام از این طراحی طبیعی کار کرده، می‌گوید: «اساسا آنچه در این روش می‌بینید، مکانیسم منحصر به‌فردی است که طبیعت آن را توسعه داده است.» او با الهام از طبیعت، سعی در ایجاد تغییر در سطوح دارد تا کلونی‌های باکتریایی نتوانند روی آنها شکل بگیرند.

چگالی و هندسه الگوی مورد نیاز و همچنین روش و مواد تولید آن، به ویژگی‌های میکروب مورد نظر بستگی دارد. به همین‌خاطر، ایوانوا می‌گوید که ایجاد شکل‌های پیچیده زیگزاگی به‌ویژه در فیلترهای آب و تهویه هوا و همچنین ورق‌های گرافن بسیار نازک، با لبه‌های تیز که می‌تواند غشای باکتری را پاره کند و آن را از بین ببرد کارایی بسیاری دارند.

البته این تیغ ​​های ریز، آن‌قدر تیز نیستند که باعث آسیب‌رساندن به پوست انسان شوند.

الهام‌بخشی طبیعت

البته طبیعت روش‌های دیگری را به ما معرفی کرده تا بتوانیم سطوح اطراف خود را در برابر شیوع بیماری‌ها ایمن‌تر کنیم.

الخاندرا پونسا، مهندس شیمی در دانشگاه Universidad Nacional de Mar del Plata آرژانتین می‌گوید: «شواهد زیادی در مورد اثربخشی روغن‌های طبیعی به‌عنوان مواد ضد‌باکتری و ضد‌ویروسی وجود دارد. روغن درخت چای را درنظر بگیرید که ماده معطر آن، الهام‌بخش بسیاری از محصولات زیبایی است.» پونسا می‌گوید که در مطالعات تجربی، آئروسل(هواپخش) روغن درخت چای دارای توانایی بالای ضد‌ویروسی است و می‌تواند 95درصد از ویروس‌ها را در مدت 5 تا 15دقیقه غیرفعال کند. مشخص شده که چوب‌پنبه خاصیت ضد‌باکتریایی بالایی در برابر استافیلوکوکوس اورئوس دارد. همچنین عصاره گیاهی به نام هوپس (hops) که برای روکش‌های پلاستیکی استفاده می‌شود می‌تواند از رشد انواع مشخصی از باکتری‌ها جلوگیری کند.

با این حال، تحقیقات درمورد پروژه‌های پوشش سطوح با عصاره‌های گیاهی ضد‌میکروبی هنوز هم در مراحل آزمایشی است. از نظر تئوری، این نوع مواد گیاهی می‌توانند به پوشش‌های ضد‌میکروبی تبدیل شوند اما در مورد مقدار مورد نیاز مواد اصلی و انواع میکروارگانیسم‌هایی که باید هدف قرار بگیرند، نیاز به اطلاعات بیشتری داریم.

اما در کل، کاربردهای بالقوه برای سطوح ضد‌میکروبی متعدد است. بائولین می‌گوید: «برای من مهم است که تأکید کنم این کار یک سازوکار جهانی است و به همین دلیل است که چنین دامنه گسترده‌ای دارد. شما می‌توانید از این سازوکار در بسیاری از سطوح استفاده کنید.

چالش‌های سطوح ضد‌میکروب

با این حال، منژینگ رن، یکی از سیاستگذاران شبکه اقدام برای مقاومت آنتی‌بیوتیکی که در سوئد مستقر است، هشدار می‌دهد که ما نباید بیش از اندازه به این نوع رویکرد متکی باشیم. او می‌گوید: «صرف‌نظر از اینکه این فناوری‌ها چقدر خوب هستند، ما هنوز هم نیاز به رعایت اصول اولیه در مراکز درمانی داریم. کارکنان مراقبت‌های بهداشتی باید به این اصول توجه کنند، از مواد ضدعفونی‌کننده استفاده شود و بهداشت و «پیشگیری و کنترل عفونت» مورد توجه قرار گیرد و همچنین واکسیناسیون در سطح گسترده اجرا شود.» در کشورهای کم‌درآمد که عموما از منابع قابل اطمینان آب برخوردار نیستند، استفاده از آن نوع از سطوح ضد‌میکروبی که نیاز به تمیزکردن مکرر دارند، دشوار است. به‌عنوان مثال، سطوح دارای تیغ‌های ریز، احتمالا به‌طور مرتب باید از میکروارگانیسم‌های مرده و سایر بقایای آنها پاک شوند. با این حال، ایوانوا می‌گوید که تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم بقایای سلول‌های بیماری‌زای روی سطوح را پاک می‌کنند. همچنین برای محدودکردن اکسیداسیون در مس، لازم است که این فلز صیقل داده شود؛ چراکه این کار واکنش‌های شیمیایی کمتری به‌دنبال خواهد داشت. رن و همکارانش همچنین نگران خطر ایجاد مقاومت در روکش‌های نقره‌ای یا مسی سطوح هستند. با این حال، ماموس مطمئن است که با توجه به اینکه در 3هزار سال گذشته مس در برابر باکتری‌ها مقاوم مانده، بعید است که در آینده هم مقاوم نباشد.

نمونه‌های پیشین

در هر صورت، زمان می‌برد تا این فناوری‌ها تجاری‌سازی‌ شوند و گسترش یابند. با این حال، برخی از نمونه‌های مشابه از پیش وجود داشته‌اند. Sharklet یک صفحه پلاستیکی است که با استفاده از الگوی الماس و الهام از پوست کوسه ماهی ساخته شده و باکتری‌ها نمی‌توانند روی آن تجمع کنند. این فناوری قبلا در دستگاه‌های پزشکی مانند کاتترها که می‌توانند عامل انتقال باکتری‌های عفونی به بدن باشند، استفاده می‌شد. پوشش MicroShield 360 در سطوح داخل هواپیما مانند صندلی‌ها به‌کار گرفته شده است تا باکتری‌ها روی سطوح آنها باقی نمانند.

اگرچه تعداد چاپگرهای سه‌بعدی در سطح نانومتر بسیار کم است اما بعضی از آنها می‌توانند در این مقیاس کار کنند. بنابراین ممکن است که یک روز یک سطح مقاوم در برابر میکروب در اتاق نشیمن شما چاپ شود. این سطوح می‌توانند در مبارزه با بیماری‌های عفونی و همه‌گیری‌های آینده ابزاری مهم به‌شمار‌ آیند. امروز، شبح مقاومت میکروب‌ها حتی از تاخت و تاز کووید-19 نگران‌کننده‌تر است. خطر ابتلا به عفونت‌های ثانویه ناشی از باکتری‌هایی که به وسیله بیماران در بیمارستان‌ها به‌وجود آمده، قابل توجه است. مطالعه‌ای نشان داده است که 50درصد از بیمارانی که در یک بیمارستان چینی به‌علت کووید-19 جان باختند، به یک عامل بیماری‌زای دیگر هم آلوده شده بودند. معمولا به بیماران مبتلا به ویروس کرونا، آنتی‌بیوتیک هم داده می‌شود، حتی اگر هیچ کاری در برابر این ویروس انجام ندهد. بنابراین، این نگرانی وجود دارد که تجویز آنتی‌بیوتیک‌ها مقاومت به آنتی‌بیوتیک را افزایش دهد.