Reaktív hibrid nanokompozit felületek öntisztuló és antibakteriális hatása Tallósy Szabolcs Péter, Dr. Janovák László, Prof. Dr. Nagy Erzsébet, Prof. Dr. Dékány Imre Klinikai Mikrobiológiai és Diagnosztikai Intézet, Szeged Fizikai Kémiai és Anyagtudományi Tanszék, Szeged Nano fórum II., Budapest

Az előadás témái A fotokatalízis folyamata, antibakteriális hatásmechanizmusa, felhasználási területei Fotokatalizátorok antibakteriális hatásának vizsgálata felületen különböző mikroorganizmusok esetében Fotokatalizátorok antibakteriális hatásának vizsgálata levegőben megtalálható mikroorganizmusok esetében Fotokatalizátorok antibakteriális hatásának mikroszkópos vizsgálata (TEM, fénymikroszkóp) Fotokatalizátorok antibakteriális hatásának vizsgálata ISO 27447:2009 (E) szabvány alapján További terveink

1. A fotokatalízis folyamata, antibakteriális hatásmechanizmusa, felhasználási területei A fotogerjesztéshez szükséges fény hullámhossza: 388 nm A titánium-dioxid pozitív lukja felbontja a vízmolekulát hidrogéngázra és hidroxil gyökre. A negatív elektron reakcióba lép az oxigénmolekulával és szuper oxid anion keletkezik. Ez a folyamat mindaddig működik, amíg a fényhatás tart.

Fertőtlenítő hatású fotoreaktív bevonattal bevont falfelület

A mikroorganizmusok megtapadnak a fertőtlenítő hatású bevonaton Fertőző mikroorganizmusok

A fertőtlenítő hatású bevonatot fény éri λ1 = UV A (350 nm) λ2 = látható fény (>400 nm) FÉNYFORRÁS H2O  szabadgyökök

Szabadgyökök elpusztítják a kórokozókat Fény hatására a fertőtlenítő hatású rétegen keletkező szabadgyökök reagálnak a mikroorganizmusok sejtfalával majd DNS-ével λ1 = UV A (350 nm) λ2 = látható fény (>400 nm) FÉNYFORRÁS Szabadgyökök elpusztítják a kórokozókat H2O H2O CO2 H2O H2O CO2 CO2 H2O CO2 H2O H2O

2. Fotokatalizátorok antibakteriális hatásának vizsgálata felületen különböző mikroorganizmusok esetében

Anyagok és Eszközök Felhasznált fotokatalizátorok (200x): TiO2 Ag-TiO2 ZnO Ag-ZnO ZnO/Ag-TiO2 Gerjesztéshez használt fényforrások: LED-lámpa Szolár lámpa λ ≥ 380 nm λ = 400 nm λ = 405 nm λ = 450 nm

Fotokatalizátorok antibakteriális hatásának vizsgálata λ = 405 nm d=35 cm A mikrobiológiai vizsgálatokhoz használt LED lámpa emissziós spektruma Fertőzött minták elhelyezkedése a fotoreaktorban

2. Fotokatalizátorok antibakteriális hatásának vizsgálata felületen különböző mikroorganizmusok esetében TiO2 fotokatalizátor antibakteriális hatását vizsgáltuk „Fehér festék” hordozón Tesztbaktérium: Methicillin rezisztens Staphylococcus aureus (ATCC 43300) Fényforrás: Szolár lámpa SÖTÉTKONTROLL BEVILÁGÍTOTT KÍSÉRLET Fotokat. Konc. (m/m%) Fotokat. Konc. (m/m%) 1.ábra TiO2 antibakteriális hatása az idő függvényében "Fehér festék" hordozón MRSA esetében Sötétkontroll 2.ábra TiO2 antibakteriális hatása szolár lámpával történő megvilágítás mellett az idő függvényében "Fehér festék" hordozón MRSA esetében

MRSA Bevilágított Sötétkontroll Kontroll Kontroll 0 perc 0 perc 40 m/m% 80 m/m% 100 m/m% 40 m/m% 80 m/m% 100 m/m% 0 perc 0 perc 15 perc 15 perc 30 perc 30 perc 60 perc 60 perc 90 perc 90 perc A fotokatalizátor felületi koncentráció növekedésével a baktériumok kevesebb ideig történő bevilágítás után pusztulnak el

MRSA Bevilágított Sötétkontroll Kontroll Kontroll 0 perc 0 perc 40 m/m% 80 m/m% 100 m/m% 40 m/m% 80 m/m% 100 m/m% 0 perc 0 perc 15 perc 15 perc 30 perc 30 perc 60 perc 60 perc 90 perc 90 perc A fotokatalizátor felületi koncentráció növekedésével a baktériumok kevesebb ideig történő bevilágítás után pusztulnak el

2. Fotokatalizátorok antibakteriális hatásának vizsgálata felületen különböző mikroorganizmusok esetében Ag-TiO2 fotokatalizátor antibakteriális hatását vizsgáltuk poliakrilát hordozón Tesztbaktérium: Acinetobacter baumanni Fényforrás: LED lámpa (λ = 405 nm) SÖTÉTKONTROLL BEVILÁGÍTOTT KÍSÉRLET

2. Fotokatalizátorok antibakteriális hatásának vizsgálata felületen különböző mikroorganizmusok esetében Ag-TiO2 fotokatalizátor antibakteriális hatását vizsgáltuk poliakrilát hordozón Tesztbaktérium: Acinetobacter baumanni Fényforrás: LED lámpa (λ = 405 nm) KONTAKTIDŐ (perc) Sötétkontroll KONTAKTIDŐ (perc) Bevilágított kísérlet 0 perc 30 perc 60 perc 90 perc 120 perc 0 perc 30 perc 60 perc 90 perc 120 perc KONTROLL TiO2 Ag-TiO2

Ag-Ds-TiO2 fotokatalizátor antimikrobás hatása zárt térben Gyermekklinika egyik szobájában C B Fotokatalizátor réteg A D Gyermekklinika szobájának vázlatos rajza, mintavételi pontok

Mintavétel a fertőtlenítő bevonat antibakteriális hatásának ellenőrzésére Steril tamponnal egy 10x10cm területről veszünk mintát 1ml fiziológiás sóoldatba, majd táptalajra leoltjuk és a kinőtt telepeket számoljuk λ1 = UV A (350 nm) λ2 = látható fény (>400 nm) FÉNYFORRÁS Különböző kórokozók 100µl 10x10cm2 10x10cm2 1ml fiziológiás sóoldat

Ag-Ds-TiO2 fotokatalizátor antimikrobás hatása zárt térben Gyermekklinika egyik szobájában

3. Fotokatalizátorok antibakteriális hatásának vizsgálata levegőben megtalálható mikroorganizmusok esetében

3. Fotokatalizátorok antibakteriális hatásának vizsgálata levegőben megtalálható mikroorganizmusok esetében Levegővizsgálat: 1m3 zárt foto reaktorban természetes módon előforduló mikroorganizmusok esetében Foto reaktor (1m3)

RCS PLUS LEVEGŐMINTAVEVŐ 3. Fotokatalizátorok antibakteriális hatásának vizsgálata levegőben megtalálható mikroorganizmusok esetébenc REAKTÍV LÁMPA RCS PLUS LEVEGŐMINTAVEVŐ Reaktív lámpa és levegőmintavevő a foto reaktorban RCS PLUS levegőmintavevő működési elve

Fotokatalizátor réteg 3. Fotokatalizátorok antibakteriális hatásának vizsgálata levegőben megtalálható mikroorganizmusok esetébenc Fotokatalizátor réteg λ = 405nm Reaktív lámpa szerkezeti rajza és működései elve, fotokatalizátort gerjesztő LED-lámpa spektruma

4. Fotokatalizátorok antibakteriális hatásának vizsgálata levegőben megtalálható mikroorganizmusok esetében Lámpa nélkül 0h kontaktidő 24h kontaktidő 48h kontaktidő

Bevonat nélküli lámpával 4. Fotokatalizátorok antibakteriális hatásának vizsgálata levegőben megtalálható mikroorganizmusok esetében Bevonat nélküli lámpával 0h bevilágítás 24h bevilágítás 48h bevilágítás

Reaktív lámpával (Ag-TiO2) 4. Fotokatalizátorok antibakteriális hatásának vizsgálata levegőben megtalálható mikroorganizmusok esetében Reaktív lámpával (Ag-TiO2) 0h bevilágítás 24h bevilágítás 48h bevilágítás

4. Fotokatalizátorok antibakteriális hatásának mikroszkópos vizsgálata (TEM, fénymikroszkóp)

Escherichia coli sacculus (Gram-negatív) 4. Fotokatalizátorok antibakteriális hatásának mikroszkópos vizsgálata (TEM, fénymikroszkóp) Escherichia coli sacculus (Gram-negatív) 0 perces bevilágítás 60 perces bevilágítás 120 perces bevilágítás Ag-Ds-TiO2 antibakteriális hatásának elektronmikroszkópos vizsgálata Escherichia coli esetében (LED-lámpa)

Staphylococcus aureus sacculus (Gram-pozitív) 4. Fotokatalizátorok antibakteriális hatásának mikroszkópos vizsgálata (TEM, fénymikroszkóp) Staphylococcus aureus sacculus (Gram-pozitív) 0 perces bevilágítás 60 perces bevilágítás 120 perces bevilágítás Ag-Ds-TiO2 antibakteriális hatásának elektronmikroszkópos vizsgálata Staphylococcus aureus esetében (LED-lámpa)

4. Fotokatalizátorok antibakteriális hatásának mikroszkópos vizsgálata (TEM, fénymikroszkóp) Leica DM IL Led Felhasznált festék: LIVE/DEAD BacLight© Life Technologies Intakt sejtmembrán: zöld (480/500 nm) Sérült sejtmembrán: piros (490/635 nm) Tesztbaktériumok: Pseudomonas aeruginosa ATCC 27583 Fotokatalizátor: Ag-TiO2@Plextol (60 m/m%:40m/m%)

4. Fotokatalizátorok antibakteriális hatásának mikroszkópos vizsgálata (TEM, fénymikroszkóp) Élő baktériumok (λ=495nm) Elpusztult baktériumok (λ=630nm) 0 perc bevilágítás 60 perc bevilágítás 0 perc bevilágítás 60 perc bevilágítás

Fotokatalizátorok antibakteriális hatásának mikroszkópos vizsgálata (TEM, fénymikroszkóp) Mikroszkópos képek fluorimetriás mérésekkel történő alátámasztása Élő baktériumok (λ=495nm) Elpusztult baktériumok (λ=630nm) 635nm 500nm

Fotokatalizátorok antibakteriális hatásának vizsgálata ISO 27447:2009 (E) szabvány alapján

Fotokatalizátorok antibakteriális hatásának vizsgálata ISO 27447:2009 (E) szabvány alapján Fényforrás (Sample 2) UV-t is átengedő fedőlemez a párolgás ellen Üveglap Mikrobiológiai minta Fotokatalizátort tartalmazó minta Üvegbot Nedves kendő

NANOFERT© antibakteriális hatásának vizsgálata ISO 27447:2009 Fotokatalizátorok antibakteriális hatásának vizsgálata ISO 27447:2009 (E) szabvány alapján 0 perc 240 perc KONTROLL NANOFERTZn© NANOFERT© antibakteriális hatásának vizsgálata ISO 27447:2009

Fotokatalizátorok antibakteriális hatásának vizsgálata ISO 27447:2009 (E) szabvány alapján Vizsgált anyag: NANOFERT© Fényforrás: Sample 2 lámpa Teszt mikroorganizmus: Escherichia coli Kontaktidő: 0, 15, 30, 60, 120, 240 perc SÖTÉTKONTROLL BEVILÁGÍTOTT KÍSÉRLET

További terveink További fotokatalizátor tartalmú bevonatok fejlesztése és mikrobiológiai minősítése Fotokatalizátorok tesztelése más mikroorganizmusok esetében Fotokatalizátorok gyakorlati alkalmazásának bővítése További fényforrások bevonása a kísérletekbe Fotokatalizátorok antimikróbás hatásának igazolása további vizsgálati módszerekkel

Köszönöm a figyelmet! FOTOKATALIZÁTOR