In de strijd tegen virussen hebben wetenschappers nu een moderne twist gegeven aan een eeuwenoud idee: een spijkermat met spiesjes van 2 nanometer dik.
Het lijkt misschien een beetje een middeleeuws idee: virussen bestrijden door deze simpelweg lek te prikken. Toch is dat nu precies wat moderne wetenschappers hebben bedacht. Het idee is ook bijzonder effectief: 96% van alle geteste virussen raakte uiteindelijk zó beschadigd dat deze niet meer in staat waren om een infectie te veroorzaken. Sommige virussen begonnen zelfs materiaal te lekken en ‘stierven’ ter plekke. Wetenschapper Natalie Borg heeft meegewerkt aan het onderzoek. Ze legt uit: “Het oppervlak lijkt sterk op een platte en zwarte spiegel. In werkelijkheid heeft het oppervlak hele kleine spiesjes die speciaal ontworpen zijn met het doel om virussen te doden. Dit materiaal kan uiteindelijk gebruikt worden om grootschalige virusuitbraken te voorkomen en om het gebruik van desinfecterende middelen terug te dringen.” Het onderzoek is gepubliceerd in het blad ACS Nano.
Nanospikes
Hoe barbaars de oplossing ook mag zijn; het produceren ervan vereist nog best een hoop technische kennis. De nanospikes zelf worden namelijk gevormd door een gladde siliconen plaat te bombarderen met ionen; een techniek die ook wel Reactive ion etching (RIE) wordt genoemd. In het onderzoek beschrijven de wetenschappers dat er een zekere afstand moet zitten tussen de nanospikes om maximale effectiviteit te garanderen. Deze interne afstand is een heel stuk belangrijk dan je op het eerste gezicht zou denken. Tijdens het berekenen van de nodige kracht om een virus te doorspietsen ontdekten de wetenschappers namelijk dat het onwaarschijnlijk is dat een enkele nanospike spontaan het buitenste membraan kan doorprikken. In plaats daarvan ontdekten de wetenschappers dat als het membraan van een virus al onder spanning staat, het voor een tweede nanospike wel goed mogelijk is om het virusdeeltje te spietsen. Hierbij geldt dus dat hoe meer het membraan van een virus onder spanning staat, hoe waarschijnlijker het is dat deze doorspietst kan worden.
Tijdens het onderzoek ontdekten de wetenschappers dat het dus vooral de afstand tussen deze twee nanospikes is die uiteindelijk het belangrijkst is; als de afstand te groot is, komt er uiteindelijk minder spanning op het membraan te staan, waardoor de overlevingskans dus toeneemt. Bij een afstand van 62 nanometer (nm) was de spanning vooral gelokaliseerd rond de toppen van de nanospikes. Op het moment dat deze afstand toeneemt tot 74.4 nm treedt er een soort van hangmat-effect op, waarbij de spanning zich uiteindelijk onderaan het membraan gaat begeven en dus niet meer nabij de toppen van de nanospikes. Maximale spanning kan worden behaald op het moment dat er een afstand van 62 nm tussen elke nanospike zit en het virusdeeltje vier nanospikes tegelijkertijd weet te raken. Wetenschappers hebben deze berekeningen en simulaties naderhand getest door gebruik te maken van het human parainfluenza virus type 3, oftewel het hPIV-3-virus.
Misschien vind je de resultaten enigszins onlogisch; een spijkerbed is immers veilig om op te liggen omdat het veel spijkers bevat met een kleine afstand onderling. Waarom is het dan zo dat juist deze configuratie het gevaarlijkst is voor virussen? In het kort heeft het allemaal te maken met de vorm van het object dat in contact komt met zo’n oppervlak. Als je een plank op een spijkerbed legt zal er niet zoveel gebeuren. Dit is omdat de (brede en platte) vorm van een plank het object in staat stelt om de spanning heel gelijk te verdelen over heel veel kleine punten, waardoor er per spijker uiteindelijk niet zoveel kracht op de plank komt te staan. Echter zijn virussen zo rond als een pingpongbal, waardoor ze dus anders reageren. Op het moment dat je een rond voorwerp op een spijkerbed gooit, zal alle opgebouwde kracht zich concentreren op een klein oppervlak. Hierdoor wordt het dus waarschijnlijker dat het ronde voorwerp uiteindelijk wordt doorgeprikt. Alhoewel de uitvinding van de nanospikes zelf dus heel simpel lijkt zit er in werkelijkheid een hoop wetenschap achter.
Veilige omgeving
De resultaten van het onderzoek zijn significant, omdat ze dus enorm kunnen helpen met het voorkomen en bestrijden van grootschalige uitbraken van virussen. Mede-wetenschapper en teamlid Samson Mah laat weten: “Het implementeren van deze nieuwe technologie kan enorm bijdragen aan het inperken van uitbraken. Het gebruik zal vooral voordelig zijn voor plekken waar er sprake is van een verhoogd risico daarop, zoals laboratoria en gezondheidsinstellingen. We hopen dan ook dat we uiteindelijk bij hebben kunnen dragen aan het ontstaan van veiligere omgevingen voor onderzoekers, gezondheidsspecialisten en patiënten.”
Wellicht nog een leuk afsluitend weetje: voor het onderzoek hebben de wetenschappers zich laten inspireren door de vleugels van insecten. Sommige insecten, zoals libellen, hebben hele kleine stekeltjes op hun vleugels die bacteriën en schimmels door kunnen prikken. Wil je meer weten over libellen? Kijk dan eens hier.
