Die Verwendung von Desinfektionsmitteln auf Peroxidbasis hat mit dem Aufkommen der Covid-19-Pandemie zugenommen. Der umfangreiche Einsatz chemischer Desinfektionsmittel zur Abtötung von Viren und anderen Krankheitserregern kann jedoch auch die menschliche Gesundheit und Ökosysteme gefährden. Jetzt hat ein Forschungsteam unter der Leitung der George Washington University ein neues Nanomaterial entwickelt, das die Wirksamkeit gängiger Desinfektionsmittel steigern kann. Das Team zeigte, dass, wenn das Nanomaterial – ein Doppelatom-Katalysator – mit einem Desinfektionsmittel auf Peroxidbasis gemischt wird, das Desinfektionsmittel zwei- bis viermal wirksamer bei der Deaktivierung eines Coronavirus-Stammes ist, als wenn das Desinfektionsmittel allein verwendet wird. Die Fähigkeit, Desinfektionsmittel mit Nanomaterialien zu verbessern, die aus auf der Erde reichlich vorhandenen Elementen wie Eisen und Kohlenstoff hergestellt werden, ist nachhaltiger und kostengünstiger, sagen die Forscher.
„Peroxide werden oft verwendet, um Krankheitserreger abzutöten, aber wir müssen eine viel höhere Konzentration von ihnen verwenden, als wir wirklich brauchen“, sagte Danmeng Shuai, leitender Autor und außerordentlicher Professor für Bau- und Umweltingenieurwesen bei GW. „Mit diesem Nanomaterial können wir tatsächlich die Menge an Peroxiden reduzieren, die wir täglich verwenden, was nicht nur die Kosten senkt, sondern auch eine nachhaltigere Desinfektionsmethode bietet und gleichzeitig die beste Leistung zur Abtötung von Umweltpathogenen erzielt.“
Shuai und das Team, dem David P. Durkin von der United States Naval Academy und Hanning Chen von der University of Texas in Austin angehörten, entwickelten einen Fe-Fe-Doppelatom-Katalysator, den sie mit einem Peroxid- und einem Coronavirus-Stamm in zwei verschiedenen mischten Medien: künstlicher Speichel und Süßwasser aus einem örtlichen Fluss, um die Reinigung von Kontaktoberflächen bzw. die Wasserdesinfektion nachzuahmen. Die Forscher beobachteten, dass das Nanomaterial funktionierte, indem es Elektronen vom Virus zum Peroxid transportierte. Infolgedessen wurde das Virus oxidiert und schädigte das virale Genom und die Proteine sowie den Lebenszyklus des Coronavirus in den Wirtszellen.
„Unsere Arbeit ebnet einen neuen Weg zur Nutzung fortschrittlicher Materialien zur Verbesserung der Desinfektions-, Sanitär- und Hygienepraktiken“, sagte Zhe Zhou, Erstautor des Papiers und Ph.D. Kandidat bei GW. „Unsere Entdeckung hat auch breite technische Anwendungen, um die Katalyse bei der Kontrolle der Umweltverschmutzung voranzutreiben, eine wirksame und sichere Desinfektion zu ermöglichen, die Übertragung von Krankheitserregern durch die Umwelt zu kontrollieren und letztendlich die öffentliche Gesundheit zu schützen.“
Das Nanomaterial könnte skaliert werden, um Umweltpathogene in verschiedenen Umgebungen zu deaktivieren, sagten die Forscher der Studie. Beispiele hierfür sind die Wasserreinigung – das potenzielle Verpacken des Nanomaterials in Säulen und das Durchlassen von Wasser, wodurch das Wasser im Prozess gereinigt wird. Es kann auch skaliert werden, um es in Sprayform zu verwenden, um Kontaktflächen wie Arbeitsplatten zu desinfizieren.
Die Forscher sagten, zukünftige Studien sollten sich auf die Optimierung der Materialien konzentrieren, um die Desinfektionskraft weiter zu verbessern und eine umweltfreundliche und robuste Desinfektion zum weiteren Schutz der öffentlichen Gesundheit zu erreichen.
Die Veröffentlichung „Fe-Fe Double-Atom Catalysts for Murine Coronavirus Disinfection: Nonradical Activation of Peroxides and Mechanisms of Virus Inactivation“ wurde in der Zeitschrift veröffentlicht Umweltwissenschaft und -technologie. Die Studie wurde von der National Science Foundation, dem Landwirtschaftsministerium der Vereinigten Staaten, dem National Institute of Food and Agriculture und dem Air Force Office of Scientific Research finanziert.