Porady i wsparcie

Fotokataliza a wirusy

29.09.2020

W czasie powszechnego zagrożenia pandemią wywołaną przez koronawirusa wzrosło zainteresowanie nie tylko lekami i środkami do odkażania. Na całym świecie prowadzi się liczne prace nad wieloma zaawansowanymi technologiami w celu zmniejszenia jej skutków. Wirusy stanowią szczególne zagrożenie, gdyż nie można zasto-sować zwykłych środków chemicznych wpływających na ich metabolizm (np. antybiotyków – jak to ma miej-sce w przypadku bakterii).

Przetrwanie wirusów i innych drobnoustrojów na powierzchniach i urządzeniach medycznych prowadzi do przenoszenia chorób szpitalnych. Nie mniej groźna sytuacja jest w pomieszczeniach mieszkalnych (naszych własnych domach) oraz w obiektach użyteczności publicznej – szkoły, teatry, kina, biura, centra handlowe, lotniska, dworce kolejowe, itp., gdzie przemieszcza się duża ilość osób, a wśród nich również i nosiciele wirusów. Dostępne są technologie, które nie są lekami, ale mogą skutecznie wspomagać działania przeciw wirusom, ograniczając pandemię.

Jednym z takich technologicznych rozwiązań jest zastosowanie powłok z farb fotokatalitycznych TITANIUM firmy PIGMENT, działających oczyszczająco i destrukcyjnie na wirusy oraz inne drobnoustroje. Infekcja, wywoływana przez drobnoustroje rozprzestrzeniające się drogą kropelkową (kaszel, kichanie), może być ograniczana w pomieszczeniach z powierzchniami fotoaktywnymi (ściany, sufity).

O katalizatorach, niektóre osoby słyszały w szkole na lekcjach chemii. Potem pojawiły się katalizatory w sa-mochodach. Pojęcie stało się powszechnie znane. Również działanie katalizatora samochodowego nie jest obce. Chociażby w uproszczeniu – jest po to, żeby powietrze było czyste. Ale czym jest fotokataliza ? Co to są fotokatalizatory?

– Zgodnie z definicją – fotokataliza to zmiana szybkości reakcji chemicznej lub jej zapoczątkowanie pod działaniem promieniowania ultrafioletowego i/lub widzialnego w obecności substancji (fotokatalizatora), który pochłania promieniowanie i umożliwia przebieg utleniająco-redykcyjnej reakcji chemicznej na powierzchni, np. między tlenem i parą wodną z powietrza, z wytworzeniem utleniającego rodnika hydroksylowego a zaadsorbo-wanymi zanieczyszczeniami, którymi mogą być też chorobotwórcze mikroorganizmy. (Potential antimicrobial effects of photocatalytic nanotechnologies in hospital settings. L.M. Margarucci, V. Romano Spica1, C. Protano, G. Gianfranceschi, M. Giuliano, V. Di Onofrio, N. Mucci, F. Valeriani1, M. Vitali, F. Romano – ” Ann Ig”, 2019).


Mechanizmy fotokatalityczne oparte na TiO2 i mikrobiologiczna dezaktywacja poprzez wytwarzanie reaktywnych form tlenu.

Czy to jest nowe odkrycie? Może jeszcze nie zostało wystarczająco sprawdzone?

– Zdolność dwutlenku tytanu (TiO2) do działania jako fotokatalizatora jest znana od kilkudziesięciu lat (1921). Ale ta cecha przez wiele lat nie była zbyt doceniana. Zainteresowanie wykorzystaniem właściwości fotokatalitycznych TiO2 pojawiło się ponownie, gdy została opublikowana praca o fotoelektrolizie wody przez Fujishima i Honda w 1972 r. Aktywność ta została wkrótce wykorzystana zarówno do utleniania zanieczysz-czeń, oczyszczania ścieków, oczyszczania wody pitnej, uzdatniania wody do przemysłowego mycia warzyw. Do dezynfekcji powietrza zastosowano filtry powlekane dwutlenkiem tytanu. Wiele późniejszych badań wyka-zało przydatność fotokatalizy do dezynfekcji wody, obejmującej niszczenie bakterii. Odkryto potencjalne możliwości niszczenia komórek rakowych.
– Nowością stało się wykorzystanie zalet TiO2 w powłokach malarskich.

Wirusy a fotokataliza

– W ostatnim czasie publikacji na ten temat pojawia się dużo. Przykładowo, w swojej pracy Photocatalytic inactivation of influenza virus by titanium dioxide thin film, Japończycy wykazali dezaktywację wirusa grypy poprzez fotokatalizę przy użyciu nanocząstek TiO2. (R. Nakano, H. Ishiguro, Y. Yao, J. Kajioka, A. Fujishima, K. Sunada, M. Minoshima, K. Hashimoto, Y. Kubota – „Photochemical and Photocatalytical Science”, 2012).

Podobnie w pracy Extermination of influenza virus H1N1 by a new visible-light-induced photocatalyst under fluorescent light (Sei-Young Choi Bongrae Cho – „Virus Research” – 2018), potwierdzono, że fotokatalizator oparty na TiO2 z dodatkiem metali przejściowych (żelaza, magnezu i manganu) wykazał działanie przeciwwi-rusowe wobec wirusa grypy H1N1. W czasie testów wirus został wyeliminowany w ponad 99% w ciągu 30 mi-nut. Jak stwierdzono – „Since this photocatalyst can be used for coating plastics, wall papers and walls, it would be desirable to use this photocatalyst to reduce viral transmission via droplets and aerosols as well as surface contact for disinfection” („Ponieważ ten fotokatalizator może być stosowany do powlekania tworzyw sztucznych, tapet i ścian, pożądane byłoby użycie tego fotokatalizatora do dezynfekcji w celu zmniejszenia przenoszenia wirusa przez kropelki i aerozole, a także przez kontakt powierzchniowy”). E.A.Kozlov i inni w publikacji „Inactivation and Mineralization of Aerosol Deposited Model Pathogenic Microorganisms over TiO2 and Pt/TiO2″ (Environmental Science and Technology, 2010, 44, 512-51-26) udowodnili,, że na czystym TiO2 po 30 minutach naświetlania promieniowaniem UVA uzyskuje się 90 % inaktywację wirusa grypy A (H3N2) a na TiO2 modyfikowanym platyną – 99.8 % inaktywację tego wirusa.

Rozległe badania w innej pracy przeprowadzili również R. Nakano, M. Hara, H. Ishiguro, Y. Yao, T. Ochiai, K. Nakata, T. Murakami, J. Kajioka, K. Sunada, K. Hashimoto, A. Fujishima, Y. Kubota (Broad Spectrum Micro-bicidal Activity of Photocatalysis by TiO2 – „Catalysts, 2013”). Wirus grypy (wirus w otoczce), kaliciwirus kotów (wirus bezotoczkowy – zdjęcia obok), w czasie testów uległy dezaktywacji.

Powyższe badania (i wiele innych) jednoznacznie potwierdzają, że fotokatalizatory są skutecznym sposobem przeciw wielu szkodliwym patogenom i na świecie trwają intensywne prace w tym kierunku.

Ale czy takie środki użyte w farbach TITANIUM firmy PIGMENT nie są szkodliwe ? Dla człowieka, środowiska?

W przypadku tradycyjnych metod, np. odkażanie związkami chloru, wiąże się z pojawieniem się rakotwór-czych produktów ubocznych dezynfekcji Cl2. Zmiany w przepisach dotyczących jakości wody doprowadziły do położenia większego nacisku na alternatywne mechanizmy dezynfekcji. Stosowanie ozonu jest dosyć kło-potliwe ze względu na konieczność posiadania nietaniego generatora ozonu oraz bardzo krótki czas „życia” ozonu (krótkie czasy połowicznego rozpadu), co nie zabezpiecza trwale środowiska.

Ditlenek tytanu TiO2 w materiałach budowlanych ( ściany, sufity, posadzki, itp.) z natury jest mniej kłopotliwy dla środowiska. Fotoaktywne materiały adsorbują zanieczyszczenia i mikroorganizmy na swojej powierzchni a następnie inaktywują lub rozkładają na dwutlenek węgla i wodę pod wpływem promieniowania UV oraz pro-mieniowania widzialnego dostępnego nawet w zwykłych żarówkach oświetleniowych. Materiały fotoaktywne nie uwalniają toksycznych związków ubocznych do otoczenia (jak typowe chemiczne preparaty) oraz zapew-niają wciąż skuteczną i ciągłą dezynfekcję otoczenia.

Jak możemy skorzystać z tych odkryć w naszym codziennym życiu? Jeżeli takie powierzchnie, ściany i sufity, pokryte farbami fotokatalitycznymi TITANIUM firmy PIGMENT, działają skutecznie w służbie zdrowia to czy sprawdzą się w pomieszczeniach mieszkalnych? Czy mogą pomóc w ograniczeniu zakażeń w mieszkaniach?

– Fotokatalityczne powierzchnie mogą być superhydrofilowe, co oznacza, że woda rozprzestrzenia się na powierzchni, umożliwiając zmywanie brudu, np. w zastosowaniach komercyjnych wykorzystuje się do produk-cji samooczyszczających się okien (np. San Gobain Bioclean ™, Pilkington Active ™ i Sunclean ™) oraz takich szklanych pokryw do lamp oświetlających tunele. Oczywiście, są to powłoki przezroczyste.

Fotokatalizator może być stosowany do powlekania ścian, stołów i innych powierzchni w celu zmniejszenia zakażeń związanych z infekcją poprzez pośredni kontakt. Płytki ścienne (kafelki i fugi) powlekane TiO2 rów-nież stanowią skuteczny materiał samoczyszczący i dezynfekcyjny. Infekcja przez wirusy grypy rozprzestrze-nianej drogą kropelkową(kaszel, kichanie) może być ograniczana w pomieszczeniach po zaadsorbowaniu ich na powierzchniach fotoaktywnych.

Dlatego pokrycie ścian i sufitów farbą zawierającą w swoim składzie fotokatalizator skutecznie ogranicza rozprzestrzenianie się drobnoustrojów, w tym wirusów grypy, co przedstawia wyżej krótki wykaz opisów litera-turowych.

Wirus grypy (fot. Shutterstock)

Czy takie produkty fotokatalityczne nie są zbyt skomplikowane w użyciu?

– Farby fotokatalityczne TITANIUM firmy PIGMENT są łatwe w użyciu. Nie wymagają stosowania spe-cjalnych technologii aplikacji ani specjalnego sprzętu. Powłoki wykonuje się tradycyjnymi sposobami, przy użyciu pędzla, wałka lub natrysku. Ponieważ są wodorozcieńczalne, nie ma również problemu z zapachem, a sprzęt można umyć wodą.

Dziękujemy za podzielenie się z nami informacjami panu prof. dr hab. inż. Antoniemu Morawskiemu z Katedry Technologii Chemicznej Nieorganicznej i Inżynierii Środowiska z Zachodniopomorskiego Uni-wersytetu Technologicznego w Szczecinie.

W Polsce producentem farb fotokatalitycznych o nazwie handlowej TITANIUM® jest polska firma PIGMENT ze Szczecina (www.farbypigment.pl).