Исследователи рассмотрели различные типы наноматериалов и способы их использования для обнаружения, профилактики и лечения коронавирусной болезни 2019 (COVID-19).

Для борьбы с пандемией COVID-19 было протестировано или разрабатывается множество различных стратегий. Несколько типов наноматериалов также были протестированы для лечения и диагностики. Многие вакцины, применяемые в настоящее время, также содержат в своем составе наноматериалы. В недавней обзорной статье, опубликованной в Sustainable Cities and Society авторы рассмотрели различные типы наноматериалов и их применение в борьбе с пандемией

.

Многие материалы были изготовлены с нанометровым размером. К ним относятся углеродные материалы, металлы, неорганические и полимерные материалы. Углеродные наноматериалы включают графен, оксид графена, углеродные нанотрубки и фуллерены. Эти материалы обладают хорошими чувствительными и антимикробными свойствами, что позволяет использовать их для лечения COVID-19.

Углеродные наноматериалы

Полевые транзисторы на основе графена использовались для анализа вирусной нагрузки COVID-19 в образцах. Исследования показали высокочувствительное и быстрое обнаружение коронавируса 2 тяжелого острого респираторного синдрома (SARS-CoV-2) – возбудителя COVID-19 – без предварительной обработки образцов. Оксид графена также использовался в качестве противовирусного агента. Графен и оксид графена использовались в масках для лица для инактивации вирусов и обеспечения возможности повторного использования масок.

Еще один полезный углеродный наноматериал – углеродные нанотрубки. Они обладают несколькими полезными свойствами, такими как большая площадь поверхности, хорошая биосовместимость и легкая химическая функционализация. Они были протестированы при обнаружении вирусов, инактивации вирусов, использовании в масках для лица, включая их использование в микрофлюидных устройствах, использующих массивы углеродных нанотрубок для обнаружения вирусов. Однако эти материалы могут взаимодействовать с ДНК у животных, поэтому их использование in vivo все еще под вопросом.

Металлы и наночастицы на их основе

Многие типы металлов и наночастиц на их основе использовались для борьбы с вирусами. Наночастицы золота – один из наиболее изученных таких материалов. Исследования показали, что композит золотых наночастиц и сиаловой кислоты может предотвратить прикрепление вируса к клеткам-хозяевам. Несколько сенсоров, использующих наночастицы золота, использовались для идентификации болезнетворных клеток и для амплификации ДНК, и эти методы также могут быть использованы для обнаружения SARS-CoV-2.

Медь, как известно, инактивирует вирусы. В нескольких исследованиях сообщается об антимикробной активности наночастиц меди, которые, например, могут быть использованы для изготовления средств индивидуальной защиты. Также было обнаружено, что SARS-CoV-2 дезактивируется на медных поверхностях быстрее, чем на других поверхностях.

Другой металл, известный своей антимикробной активностью, – это серебро. Сообщалось, что наночастицы серебра подавляют несколько вирусов, таких как оспа обезьян, ВИЧ-1, ВПГ и другие. Zn – еще один металл, который, как сообщается, помогает при COVID-19, и исследования показывают, что хлорохин может действовать как ионофор цинка. Считается, что повышение концентрации Zn в клетках помогает лучше бороться с COVID-19.

Наночастицы оксида железа использовались для лечения анемии, и исследования in vitro показали, что они также обладают противовирусными свойствами. Вычислительный анализ показал, что наночастицы железа могут связываться со спайковым белком SARS-CoV-2. Кроме того, магнитные свойства этих наночастиц используются в биосенсорах для обнаружения вирусов и других патогенов. Другими оксидами металлов, которые могут помочь в борьбе с COVID-19, являются диоксид титана, который может помочь при фотокаталитической дезактивации зараженных вирусом поверхностей.

Двумерные карбиды и нитриды металлов (MXenes) – это еще один класс новых материалов, используемых для инактивации вирусов на лицевых масках, а также металлоорганические каркасные материалы (MOF).

Квантовые точки

Квантовые точки обычно представляют собой полупроводниковые наночастицы размером менее 10 нм с настраиваемой длиной оптической волны. Следовательно, они используются в качестве флуоресцентных зондов и сенсоров. Было показано, что квантовые точки углерода обладают противовирусными свойствами. Кроме того, они потенциально могут использоваться для инактивации вирусов из-за их взаимодействия с белком-спайком или ингибирования репликации вируса.

Наночастицы на основе полимеров

Как синтетические, так и натуральные наноматериалы на основе полимеров могут использоваться для борьбы с микробными инфекциями. Наночастицы синтетического полимера, такие как сополимер молочной и гликолевой кислоты, являются хорошо известными носителями для доставки лекарств или других материалов в организм.

Натуральные полимеры на основе целлюлозы используются во многих фильтрах и в масках для лица для фильтрации вирусных частиц. Наноцеллюлозные материалы также использовались в датчиках и дисплеях для повышения их чувствительности. Наночастицы хитозана – еще один природный материал на основе полимера, широко используемый в качестве носителей лекарств и средств доставки.

Липидные наночастицы представляют собой другой класс материалов, состоящих из различных липидных материалов, и были изучены в качестве платформ доставки для вакцин на основе мРНК, в том числе для COVID-19.

Хотя несколько типов наноматериалов используются или потенциально могут быть использованы для борьбы с COVID-19, их токсичность и рациональное использование требуют дальнейшего изучения. В то же время клинические испытания показали, что использование липидных наночастиц в технологии вакцин, таких как новая платформа мРНК, является безопасным и многообещающим с точки зрения эффективности. Сбор дополнительной информации в результате этих испытаний может открыть путь для их использования в более сложных наномедицинских технологиях.