Erilised pinnakatted on loonud Tartu Ülikooli (TÜ) ning Keemilise ja Bioloogilise Füüsika Instituudi (KBFI) teadlased ning tootearenduses osaleb ka Tallinna Tehnikaülikool (TTÜ).

Selleks segati esmalt kokku uudne nanolahus. Kui piserdada imeõhuke kiht lahust pinnale ja seejärel pinda valgustada, hakkavad lahuses olevad nanoosakesed kui võluväel baktereid tapma.

Võlumisega ei ole siin muidugi midagi pistmist – see, mis imet teeb, on vana hea füüsika ja keemia. Nimelt sisaldab teadlaste kokku segatud lahus tsinkoksiidi ja hõbeda nanoosakesi.

Tsinkoksiid on fotokatalüütiline aine, mis tähendab, et päikesevalguses leiduva UV-kiirgusega kokku puutudes muutub see aktiivseks ja hakkab orgaanilist ainet lagundama. Lisatud hõbe muudab materjali bakterite vastu veelgi tõhusamaks, kuna ründab bakteri rakke otse. Tänu sellele saab tsinkoksiidi kogust vähendada ja kaks ainet toimivad üksteisega head koostööd tehes.

Selline väga täpselt kindlaks määratud ainevahekorraga lahus ning sellega kaetud pind on väga tõhus ja bakterid surevad kiiresti.

“Juba viis minutit pärast seda, kui lahusega kaetud pinda hakati ultraviolett-A-kiirgusega valgustama, on 90 protsenti pinnal olnud bakteritest surnud,” kinnitab Angela Ivask KBFI keskkonnatoksikoloogia laborist. Uudne pinnakate on tema personaalse uurimistoetuse tulemus.

Nii tõhusat antibakteriaalset pinnakatet pole Ivask enda sõnul varem näinud. “Isegi teadusajakirjanduse põhjal võib öelda, et meil on ühed tõhusaimad katted. Nanoosakestega antibakteriaalseid pinnakatteid on muidugi teisigi, aga selliseid, mis tapaksid baktereid nii kiiresti kui meie oma, ei ole me veel testinud.”

Antibakteriaalsed pinnakatted Autor: Angela Ivask, KBFI

Inspireeriv ukselingifirma

Arendustöö sai alguse ligi viis aastat tagasi, kui noorele TÜ doktorandile Meeri Visnapuule helistas kohalik ukselingifirma. Ettevõte oli tellinud Itaaliast lingid, mis väidetavalt sisaldasid hõbedalisandit ja pidid seepärast olema antibakteriaalsed.

Tellija lootis, et saab seda väidet teadlaste abil kontrollida ja võib-olla ka ise midagi sarnast tootma hakata. Visnapuu, tema TÜ juhendaja Vambola Kisand ja nende kolleegid KBFI-st olid teda lahkesti nõus aitama. Kuid siis selgus, et uuritavad ukselingid on kaetud lakiga, mille mitmekesine koostis tegi uurimise väga keeruliseks.

“Leidsime sealt väga palju muid komponente, kuid hõbedat peaaegu ei tuvastanudki,” sõnas Ivask, kes on maailmas üks enim tsiteeritud keskkonnatoksikolooge.

Aasta oli siis 2013 ja antimikroobsete pinnakatete peale ei mõelnud Eesti teaduslinnakutes veel keegi. Ometi istutas see juhuslik kontakt ettevõtjaga teadlaste pähe ambitsioonika mõtte: teeme ise ja teeme paremini!

Nii algasid Tallinnas ja Tartus esimesed katsetused valguse jõul orgaanikat lagundavate nanoosakestega ning kohe hakati seejuures rakendama ka baktereid hävitavat hõbedat.

Ääremärkusena olgu öeldud, et see ukselingifirma ei tea praeguseni, et just nemad andsid otse tõuke Eestis uudse teadustemaatika avamisele. 

Tulemus: Eesti teadlased on leiutanud ülitõhusad nanoosakestest antibakteriaalsed pinnakatted, mida on võimalik kuumutamise teel kinnitada kõvale alusele.

“Tulevikus tahame hakata sellest juba antibakteriaalset kilet tootma,” räägib Ivask KBFI keskkonnatoksikoloogia laboratooriumis õhinal.

Samal ajal töötab TÜ ja KBFI materjaliteadlane Meeri Visnapuu enda disainitud nanolahusega TTÜ polümeeride ja tekstiilitehnoloogia laboratooriumis. Omavahel nimetavad teadlased seda lihtsalt kilelaboriks.

“Segame nanoosakesed õiges kontsentratsioonis polümeeri sisse ja püüame luua sellest antibakteriaalse kile või midagi sarnast – midagi, millega saab katta näiteks lauaplaadi või haiglavoodi käsipuu,” kirjeldab Ivask Visnapuu pingutusi.

Teadus- ja arendustöö on kolme asutuse vahel jagunenud nii, et nanoosakestega vedelik mõeldi välja TÜ-s, katsed bakteritega ja ohutusuuringud tehti KBFI-s ning materjali polümeeri hulka segamine on toimunud peamiselt TTÜ-s.

Katete tegeliku toimemehhanismi teadasaamiseks kasutasid teadlased Angela Ivaski varasema teadustöö tulemusi. Selleks on erilised molekulaarbioloogiliselt disainitud sensorbakterid, mis oskavad teada anda iseenda surma põhjuse. Need sensorbakterid näitavad teadlastele väga üksikasjalikult, miks äsja loodud pinnakatted on tegelikult suutelised baktereid tapma.

Elu bakteritega või ilma?

Suur töö on niisiis tehtud ja teadlased ootavad juba koostööpakkumisi firmadelt, kes sooviksid nende värsked teadmised ja oskused tooteks pakendada.

Baktereid tapvad lauaplaadid, seinavärvid ja kattekiled – see kõik on võimalik. Enne, kui sellised tooted jõuavad haiglatesse, bussidesse, lasteaedadesse ja miks mitte ka avalike kemmergute ukselinkidele, tuleb aga ühiskonnas tõsiselt arutada küsimust, kui bakterivabas keskkonnas me tegelikult elada tahame.

Probleem on nimelt selles, et baktereid tapma disainitud pinnad ei tee vahet heal ja halval bakteril: kui pinnal leidub bakter, siis ta sureb.

Iseenesest oleks ju tore, kui tulevikus ei peaks me bussis käsipuust haarates muretsema, kas sealt enne meid kinni hoidnud inimene aevastas peopessa või küünarnuki sisse. Samas, kas liiga steriilne keskkond ei muuda meie immuunsüsteemi liialt laisaks?

Angela Ivask arvab, et näiteks külastajana haiglasse sattudes oleks tal hea meel, kui ta teaks, et sealsed pinnad on antibakteriaalsed. Teadlasena rõhutab ta, et sellisel juhul tuleks suurt tähelepanu pöörata ka nende pindade õigele hooldusele.

“Kui mõelda näiteks meie fotokatalüütilisele pinnale, siis orgaanilist ainest lagundades tekib selle peale laguprodukt, mis jääb sageli pidama sellelesamale antimikroobsele pinnale. Nii tekib sinna justkui uus kiht orgaanilist ainest, mille peal on mõnel teisel mikroobil väga hea kasvada. Sellepärast on nende pindade puhtana hoidmine väga tähtis.”

Kuid kas sellised pinnad peaksid olema kõigis avalikes asutustes, selles Ivask nii kindel ei ole: “Võib-olla on haiguspuhangute ärahoidmiseks hoopis tõhusam kasutada rohkem seepi ja vett?”

Niisiis ei ole veel üksmeelt küsimuses, kui palju peaks meie elus olema mikroobe hävitavaid desinfitseerivaid vahendeid ja antiseptikuid, kuid töö selle nimel käib. Näiteks osaleb Ivask üle-euroopalises võrgustikus COST AMICI, mille eestikeelne nimetus võiks olla “Uudsed antimikroobsed pinnakatted nakkushaiguste leviku ennetamisel”. (Loe pikemalt "Eesti teadlased asuvad uurima antimikroobsete nanopinnakatete plusse ja miinuseid".)

Peamine põhjus, miks seni pole antibakteriaalsete pinnakatetes üksmeelele jõutud, on asjaolu, et kuigi laborikatsed näitavad nende tõhusust, ei ole veel uuringuid selle kohta, kas haiglates ja teistes avalikes kohtades vähendaks nende kasutamine ka päriselt nakkushaiguste levikut.

Angela Ivaski sõnul on näiteks soomlased avaldanud sel teemal hiljuti ühe uuringu tulemused, mille käigus testiti kontoritesse, lasteaedadesse ja vanadekodudesse mõeldud antibakteriaalsete pinnakatete prototüüpe.

“Selle uuringu autorid on leidnud, et nende lauakatete kasutamine on näiteks lasteaedades vähendanud teatud viirushaiguste hulka. Samas on seda üliraske analüüsida, sest haiguste levik lasteaias sõltub väga palju ka sellest, kui palju haigeid lapsi mingil hommikul sinna üldse toodi. Peale selle on seal veel väga-väga palju muid tähtsaid tegureid, mis võivad tulemusi mõjutada.”

Video: "Meeri Visnapuu räägib "nano" mõjust":

Mida arvad sina, kus ja kui palju me peaksime tulevikus kasutama antibakteriaalsed pinnakatted?