B-STING – przełomowa technologia nanomateriałowa w walce z bakteriami i wirusami
B-STING (Biocidal Silica-Templated Immobilized Nano-Groups) to innowacyjny nanomateriał opracowany przez naukowców z Instytutu Fizyki Jądrowej PAN, który może znacząco zmienić podejście do zwalczania drobnoustrojów. W dobie narastającej antybiotykooporności oraz rosnących wymagań w zakresie dezynfekcji powierzchni medycznych i przemysłowych, technologia ta stanowi przełomowe rozwiązanie łączące nanotechnologię, katalizę oraz inżynierię materiałową. W przeciwieństwie do klasycznych nanocząstek metali szlachetnych, takich jak srebro czy złoto, B-STING nie działa poprzez bezpośrednie oddziaływanie cząstek metalu z mikroorganizmami. Jego mechanizm jest bardziej zaawansowany i opiera się na kontrolowanej produkcji reaktywnych form tlenu w odpowiedzi na obecność patogenów.
Nowe podejście do biobójczości – od nanocząstek do nanofabryki
Dotychczas stosowane rozwiązania antybakteryjne bazujące na nanocząstkach srebra lub złota wymagają bezpośredniego kontaktu z drobnoustrojami. Problem polega na tym, że w strukturach takich cząstek jedynie niewielka część atomów znajduje się na powierzchni i jest aktywna biologicznie. Większość pozostaje „ukryta” wewnątrz aglomeratów, co znacząco ogranicza efektywność działania i podnosi koszty.
B-STING reprezentuje zupełnie inną filozofię projektowania materiałów biobójczych. Nie jest on substancją biologicznie czynną w klasycznym rozumieniu. Funkcjonuje raczej jako „nanofabryka”, która produkuje reaktywne formy tlenu (ROS – Reactive Oxygen Species). To właśnie te związki odpowiadają za niszczenie struktur komórkowych bakterii, grzybów i wirusów. Co istotne, produkcja ROS zachodzi automatycznie i jest inicjowana przez zmiany środowiskowe wywołane przez obecność drobnoustrojów.
Zaawansowana architektura mezoporowata jako fundament skuteczności
Klucz do skuteczności B-STING tkwi w jego precyzyjnie zaprojektowanej strukturze. Materiał bazuje na mezoporowatej krzemionce zawierającej cylindryczne pory o średnicy około 8 nanometrów. Pory te są rozmieszczone heksagonalnie, tworząc uporządkowaną strukturę przypominającą plaster miodu. Taka architektura zwiększa rzeczywistą powierzchnię reakcyjną nawet 80-krotnie w porównaniu z materiałami nieporowatymi.
Wewnątrz porów umieszczono specjalnie zaprojektowane grupy funkcyjne połączone z krzemionką mostkami propylowymi. Pełnią one rolę chemicznych „uchwytów”, które stabilizują pojedyncze atomy miedzi. Każdy atom ma zapewnioną przestrzeń do działania jako niezależne centrum katalityczne. Dzięki temu niemal 100% atomów metalu bierze udział w procesie generowania reaktywnych form tlenu.
Mechanizm katalityczny – kontrolowana produkcja reaktywnych form tlenu
Centralnym elementem działania B-STING jest pojedynczy atom miedzi działający jako katalizator. W obecności wody i tlenu z powietrza inicjuje on reakcje prowadzące do powstawania reaktywnych form tlenu. Substancje te mają silne właściwości utleniające, które umożliwiają:
uszkadzanie błon komórkowych bakterii,
degradację struktur białkowych grzybów,
inaktywację cząstek wirusowych.
Istotną zaletą systemu jest jego samoregulacja. Produkcja ROS nasila się w odpowiedzi na obecność drobnoustrojów, które zmieniają lokalne warunki środowiskowe, takie jak pH, dostępność tlenu czy obecność związków siarki. W efekcie materiał działa „na żądanie” i nie wymaga zewnętrznych wyzwalaczy, takich jak promieniowanie UV czy ultradźwięki. Oznacza to skuteczność również w ciemności oraz w trudno dostępnych przestrzeniach.
Bezpieczeństwo biologiczne i selektywność działania
Jednym z najważniejszych aspektów wdrożeniowych jest bezpieczeństwo dla komórek ludzkich. Testy przeprowadzone we współpracy z Uniwersytetem Medycznym w Lublinie wykazały, że powłoki zawierające B-STING skutecznie eliminują bakterie, grzyby i wirusy, jednocześnie nie wykazując toksycznego wpływu na ludzkie fibroblasty. Mechanizm selektywności opiera się na tym, że produkcja reaktywnych form tlenu jest ograniczona do sytuacji, w których obecne są patogeny. Zdrowe komórki nie wywołują takich zmian środowiskowych, dlatego materiał pozostaje wobec nich neutralny.
Dodatkowo katalityczne centra miedzi pozostają aktywne tak długo, jak długo mają dostęp do tlenu i wody. Nie wymagają regeneracji ani wymiany, co znacząco zwiększa trwałość powłok i obniża koszty eksploatacyjne.
Zastosowania przemysłowe i medyczne
Obecnie B-STING znajduje zastosowanie przede wszystkim w biobójczych powłokach ochronnych. Można je nanosić na szkło, metale, polimery oraz powierzchnie o złożonych kształtach. Materiał jest odporny mechanicznie, niepodatny na zabrudzenia oraz zachowuje aktywność przez długi czas.
Potencjalne obszary zastosowań obejmują:
powierzchnie szpitalne i kliniczne,
sale operacyjne i oddziały intensywnej terapii,
laboratoria diagnostyczne,
zakłady przemysłowe wymagające sterylności,
sprzęt medyczny wielokrotnego użytku.
Ekonomiczna opłacalność technologii wynika z wykorzystania miedzi, która jest znacznie tańsza od złota czy srebra. Co więcej, wysoka efektywność pojedynczych atomów pozwala na stosowanie bardzo cienkich warstw materiału.
Perspektywy rozwoju i potencjał terapeutyczny
Jeżeli dalsze badania przedkliniczne i kliniczne potwierdzą brak negatywnych skutków wprowadzania materiału do organizmu, B-STING może w przyszłości znaleźć zastosowanie jako składnik preparatów leczniczych. Potencjalnie mógłby wspierać walkę z infekcjami wywoływanymi przez drobnoustroje oporne na antybiotyki.
W kontekście globalnego problemu antybiotykooporności technologia oparta na katalitycznej produkcji reaktywnych form tlenu może stanowić istotny kierunek rozwoju terapii przeciwdrobnoustrojowych. W przeciwieństwie do antybiotyków, które oddziałują na konkretne mechanizmy metaboliczne bakterii, ROS działają nieselektywnie na wiele struktur komórkowych, co utrudnia rozwój odporności.
B-STING to przykład nowoczesnego podejścia do projektowania materiałów funkcjonalnych, łączącego nanotechnologię, chemię powierzchni oraz inżynierię biomateriałów. Jego zdolność do kontrolowanej, samoczynnej produkcji reaktywnych form tlenu czyni go wyjątkowo obiecującym rozwiązaniem w walce z drobnoustrojami. Trwałość, selektywność działania oraz opłacalność ekonomiczna sprawiają, że technologia ta ma realny potencjał wdrożeniowy zarówno w sektorze medycznym, jak i przemysłowym. Jeśli dalsze badania potwierdzą dotychczasowe wyniki, B-STING może stać się jednym z kluczowych narzędzi w nowoczesnej strategii zwalczania infekcji.
Źródło: naukawpolsce.pl
