Patentovaná technologie antibakteriálního polymeru zabraňuje sekundárním dutinám
Základní průlomová série zaznamenává, jak investice z Úřadu pro vědu v Katedře (DOE) v našich národních laboratořích vedly k novým technologiím, které mění náš svět.
Zatímco vyučoval v Oklahomě, brazilský zubař začal sledovat svůj nápad za novou technologii, která by ho nakonec vedla do východního Tennessee. Tam měl přístup k odborným znalostem Discovery Science a na prvotřídní výzkumná zařízení v Národní laboratoři DOE’s Oak Ridge National Laboratory (ORNL). Tyto zdroje použil k vývoji a testování jeho průlomu: první dlouhodobě působící antibakteriální adhezivní pryskyřice na světě.
Zubní lékař, Fernando Luis Esteban Florez, docent a výzkumný pracovník na University of Oklahoma College of Dentistry, pracuje na zabránění sekundárnímu zubnímu kazu, které bakterie způsobují kolem okrajů zubních výplní, jako jsou výplně a koruny. Tyto sekundární dutiny jsou důvodem, proč je většina výplní v průměru vyměněna v průměru každých pět až sedm let.
„Mým nápadem bylo vyvinout zubní lepidla, která by poskytla dlouhodobou ochranu před ústními bakteriemi,“ řekl Esteban Florez, hlavní vynálezce.
Jen v USA by dlouhodobě působící antibakteriální zubní lepidlo mohlo pomoci předcházet více než 60 milionům zubních zákroků ročně a ušetřit pacientům přes 5 miliard dolarů ročně. Ale jako zubař s omezeným školením ve vědeckém výzkumu, vývoji a testováním mého nápadu na antibakteriální nanočástice a jejich uvedení do klinického produktu se zdálo být mimo dosah. “
Fernando Luis Esteban Florez, University of Oklahoma College of Dentistry
Esteban Florez a Sharukh Khajotia, děkan vysoké školy pro výzkum a inovace a spoluanista, se dozvěděli o uživatelských zařízeních DOE Office of Science. Těchto 28 uživatelských zařízení, která se nacházejí v národních laboratořích po celé zemi, poskytují pro uživatele nejmodernější výzkumná zařízení pro globální vědeckou komunitu za malé nebo žádné náklady. Esteban Florez a Khajotia předložili ORNL návrh uživatele, aby spolupracoval s vědci v Centru pro vědy o nanofázových materiálech (CNM) a izotopovým reaktorem s vysokým tokem (HFIR).
„Jsem vděčný za uživatelský program DOE, který mi umožnil, zubaře bez pokročilého vědeckého vzdělávání, získat přístup k světovým odborným znalostem a zdrojům v Oak Ridge National Laboratory. Ušetřilo mi to šest až osm let vývojového času,“ řekl Esteban Florez.
S pomocí vědců na světové úrovni v těchto nanomateriálech a neutronových vědeckých zařízeních vytvořili spolu-inventoři multifunkční nanočástice s dlouhodobými antimikrobiálními vlastnostmi. Tyto nanočástice lze přidat do pryskyřic a dalších polymerů používaných v medicíně, stomatologii, veřejném zdraví a inženýrství.
Tým modifikoval nanočástice oxidu titaničitého, které produkují vysoce reaktivní chemikálie, známé jako reaktivní druhy kyslíku, které mohou zabíjet bakterie, viry a jiné mikroorganismy. Na rozdíl od antibiotik nemohou mikroby vyvinout odolnost vůči těmto chemikáliím.
Nanočástice byly poté dispergovány v adhezivní pryskyřici běžně používané zubaři. Vědci zkoumali vzorky experimentální adhezivní pryskyřice pomocí helium-iontového mikroskopu při CNM a rozptylu neutronů s malým úhlem pomocí nástroje Bio-SANS v HFIR. S těmito nástroji určili optimální tvar částic, modifikace a disperzní metodu.
„Výhodou používání bio-sans je to, že nám umožnilo vidět, jak se proteiny vázaly na nanočástice a jak dobře se částice rozptýlely v polymerní pryskyřici,“ řekl Khajotia.
Podle Estebana Floreze experimentální výsledky ukázaly, že poprvé ve stomatologii se nanočástice rozptýlily bez shlukování a fungovaly dobře v polymeru a vykazovaly silné antibakteriální vlastnosti bez světla.
„V současné době hovoříme s přední společností zubních produktů o komercializaci této patentované technologie pro širokou škálu produktů,“ řekl Esteban Florez. „Tato extrémně všestranná antibakteriální a antimikrobiální polymerní technologie může fungovat v nesčetných aplikacích, včetně zubních výplní, výrobků pro bělení zubů, zdravotnických prostředků a vybavení a v barvách na površích na veřejných místech, například v nemocnicích a letištích, aby se snížily hladiny bakterií a virů.“
