زنده ماندن عوامل بیماری‌زا در خارج از بدن و بر روی سطوح، به ویژه در بیمارستان‌ها و مکان‌های عمومی مسئله مهمی است. وجود عوامل بیماری‌زا بر روی سطوح، ممکن است منجر به ظهور و گسترش مقاومت ضدمیکروبی شود. در سال ۲۰۱۶ یک بررسی بر روی بیش از ۴۸، ۰۰۰ بیمار در انگلستان انجام شد که در بین آنها ۶.۶ درصد بیماران در طی اقامت خود در بیمارستان دچار عفونت شدند. محققان فناوری‌های بسیاری را برای مهار انتقال عفونت از طریق سطوح ابداع کرده‌اند، مانند توسعه یک سطح مهندسی‌شده برای باکتری‌ها سمی، ایجاد نانوپوشش‌های کارامد با اثر ضدمیکروبی و ضدعفونی‌کننده‌های شیمیایی.
نانوپوشش ضد باکتری
از آنجا که یک نوع سطح مهندسی شده نمی‌تواند تمام انواع باکتری‌ها را نابود کند، محققان در حال مطالعه ذرات دراز و نوک تیز (spiky) مختلف آغشته بر روی سطوح (نانوپوشش) و تحلیل تأثیر آنها بر روی رشد باکتری‌ها هستند.
بار (charge) سطحی نیز نقش حیاتی در خاصیت ضد باکتری یک سطح ایفا می‌کند. این به این دلیل است که چندین باکتری، بار سطحی منفی حمل می‌کنند. بنابراین اگر نانونیدل‌های آغشته به سطح، دارای بارمثبت باشند، باکتری‌های دارای بار منفی به دلیل جذب الکترواستاتیک، به سمت سطح حرکت می‌کنند. نانوپوشش بر پایه سیلیکون-کربن ماده جالبی است که می‌تواند به انواع مختلف سطوح (سخت و نرم) متصل شود. این ویژگی استفاده از آن را برای فرش، لباس، ریل‌های تخت و لوله‌های پلاستیکی گسترش می‌دهد.
محققان مشتاق توسعه ابزارهایی برای تنظیم بار سطحی ارگانوسیلان‌ها برای بهبود کارایی آنها بوده‌اند. با این حال، برخی دانشمندان به تازگی به عدم تأثیر پوشش‌های ارگانوسیلان در برابر بسیاری از باکتری‌ها اشاره کرده‌اند. این ممکن است به دلیل ترکیب دیواره سلولی باکتری باشد که آنها را نسبت به نانو اسپایک مقاوم می‌کند. دانشمندان بر این باورند که استفاده از نانوپوشش‌ها بر روی سطوح و تجهیزات موجود که به طور مرتب در بیمارستان‌ها یا سایر مکان‌های عمومی لمس می‌شوند، می‌تواند به طور قابل‌توجهی انتقال عفونت را به حداقل برساند. از آنجا که نیازی به جایگزینی اشیا یا تجهیزات نیست، این فناوری ساده و مقرون‌به‌صرفه محسوب می‌شود.
چگونه بال‌های سنجاقک میکروب‌ها را می‌کشد؟
بال‌های سنجاقک‌ها و سیکاداها (cicadas) به دلیل ساختار طبیعی خود، مانع رشد باکتری‌ها می‌شود. یک مطالعه میکروسکوپی نشان داده است که سطح بال آنها حاوی نانوستون‌ها (nanopillars) یا نانو اسپایک است که شبیه به تخت میخ است. ساختارهای کوچک شبیه اسپایک که برای چشم انسان قابل مشاهده نیستند، برای بسیاری از باکتری‌ها مانند باسیلوس سوبتیلیس استافیلوکوکوس، اشریشیا کلی، استافیلوکوکوس اورئوس و سودوموناس آئروژینوزا کشنده هستند. این‌ها باکتری‌های بیماری‌زا هستند که عموماً با عفونت‌های اکتسابی در بیمارستان مرتبط هستند. ساختارهای کوچک شبیه اسپایک یا نانونیدل دیواره سلول باکتری را سوراخ می‌کنند و سلول‌های باکتریایی را نابود می‌کنند. این نانوساختارها همچنین از طریق آرادسازی رادیکال‌های آزاد باعث آسیب داخلی می‌شوند.
نانوپوشش‌های الهام گرفته از سنجاقک
مرکز کنترل بیماری بریتیش کلمبیا اعلام کرد که دست‌ها حدود ۸۰ درصد از عفونت‌های شایع را منتقل می‌کند. بنابراین، ضد عفونی کردن سطوحی که معمولاً لمس می‌شوند، از گسترش عوامل بیماری‌زای مضر جلوگیری می‌کند. دکتر یوگن ژانگ و تیم وی نانوپوشش جدیدی تولید کرده‌اند که می‌تواند به محض تماس با آن به صورت خود به خودی باکتری‌ها را از بین ببرد. مطالعات پیرامون سنجاقک‌ها و سیکاداها الهام‌بخش محققان شد. آنها نانوستون‌های روی اکسید را تولید کردند که حاوی خواص ضد باکتری و غیر سمی است. نانوپوشش روی اکسید می‌تواند رشد و گسترش باکتری‌های مضر مانند اشریشیا کلی و استافیلوکوک اورئوس را (که معمولاً از طریق تماس سطحی منتقل می‌شود) مهار کند.
نانوپوشش روی اکسید بر روی اجسام مختلفی مانند شیشه، سرامیک و تیتانیوم آزمایش شد. این پوشش تا 9/99 درصد باکتری‌های موجود در سطوح را به طور قابل توجهی از بین برد. این فناوری همچنین با محیط‌زیست سازگار است؛ زیرا باکتری‌ها را به صورت مکانیکی و نه شیمیایی از بین می‌برد.
مزیت دیگر پوشش‌های روی اکسید این است که با استفاده از آن می‌توان از ایجاد باکتری‌های مقاوم جلوگیری کرد. پوشش روی اکسید از طریق نانواسپایک‌ها به دیواره‌های سلولی باکتری‌ها آسیب می‌رساند و آن را تخریب می‌کند. آنها همچنین آزادسازی سوپراکسیدها و سایر رادیکال‌های آزاد را کاتالیز می‌کنند، که باکتری‌های شناور آزاد اطراف را که مستقیماً با سطح ارتباط ندارند، از بین می‌برند. مکانیسم دوگانه، به عنوان مثال، الف) خواص مکانیکی نانو ستون‌ها و ب) اثرات ضد باکتریایی روی اکسید، دامنه کاربردهای پوشش در سطوح مختلف، سخت یا نرم را گسترش می‌دهد.
تیم تحقیقاتی همچنین دریافتند که این فناوری برای آب حاوی اشریشیا کلی مفید است. بنابراین، می‌توان از این فناوری برای تصفیه آب نیز استفاده کرد. IBN به تازگی از سوی بنیاد تحقیقات ملی، دفتر نخست‌وزیر، سنگاپور برای پیشرفت بیشتر فناوری نانوپوشش کمک مالی دریافت کرده است. آنها همچنین برای پنج سال آینده برای کاربردهای تجاری با بیمارستان تن تاک سنگ (Tan Tock Seng) همکاری خواهند کرد.