Природный цеолит показал высокую противовирусную активность: разработка Nippon Paint и Токийского университета

Опубликованы результаты совместного исследования Инженерной школы Токийского университета и компании Nippon Paint, посвящённого противовирусной активности цеолитов.

Основные результаты

Исследовательская группа под руководством профессора Тору Вакихары провела систематическое сравнение природных и синтетических цеолитов и установила, что природный цеолит типа морденит (MOR) и его протонная форма (H-MOR) демонстрируют исключительно высокую противовирусную активность.

Ключевой вывод работы: определяющими факторами противовирусных характеристик являются тип каркасной структуры (топология) цеолита и кислотность его внешней поверхности. Структурная характеризация и измерения поверхностной кислотности выявили сильную корреляцию между противовирусной эффективностью и силой кислотных центров на внешней поверхности материала.

Почему это значимо: отказ от металлов

Практическая ценность разработки определяется ограничениями существующих решений.

Большинство применяемых сегодня противовирусных материалов на основе цеолитов работают за счёт ионов серебра или меди. Их практическое применение ограничено тремя факторами: высокой стоимостью, вымыванием металла из материала и изменением цвета.

В 2023 году та же исследовательская группа впервые в мире показала, что протонные цеолиты (H-формы), не содержащие ионов металлов, обладают противовирусной активностью. Однако оставалось неизвестным, какие именно типы каркасных структур обеспечивают высокую эффективность. Настоящая работа отвечает на этот вопрос.

Результат создаёт основу для разработки недорогих, не содержащих металлов и экологически безопасных противовирусных материалов, а также задаёт новые принципы конструирования таких материалов на основе поверхностной кислотности цеолита.

Связь с лакокрасочной отраслью

Работа выполнена в рамках соглашения о совместном создании между промышленностью и наукой, подписанного Токийским университетом и Nippon Paint Holdings 18 мая 2020 года. В 2020 году стороны учредили первую в Японии корпоративно финансируемую программу, построенную вокруг концепции лакокрасочных материалов и покрытий.

Показателен состав участников со стороны компании: в число соавторов вошли сотрудники технологического отдела Nippon Paint, включая руководителя группы разработки защитных покрытий Нобухиро Миямаэ и представителя департамента архитектурных покрытий Юки Эгами. То есть исследование ведётся с прицелом на применение в покрытиях, а не только как фундаментальная работа по материаловедению.

Противовирусные покрытия — направление, получившее развитие после пандемии COVID-19. Ранее Nippon Paint участвовала в разработке противовирусного нанофотокатализатора, инактивирующего SARS-CoV-2, и в создании платформы высокопроизводительного скрининга противовирусных материалов.

Значение для отрасли

Для лакокрасочной индустрии направление интересно несколькими аспектами.

Устранение недостатков серебросодержащих систем. Серебро — наиболее распространённый антимикробный компонент функциональных покрытий, но его использование ограничено стоимостью, миграцией из покрытия и склонностью вызывать пожелтение или потемнение. Материал, работающий без ионов металлов, снимает все три ограничения одновременно.

Природное сырьё. Природный морденит — распространённый минерал, что принципиально удешевляет материал по сравнению с синтетическими цеолитами и тем более серебросодержащими системами.

Принципы конструирования. Установленная связь между кислотностью внешней поверхности и противовирусной активностью даёт разработчикам измеримый параметр для подбора и модификации материалов, а не эмпирический перебор.

Для российского рынка направление функциональных антимикробных покрытий актуально в сегментах материалов для медицинских учреждений, образовательных и общественных зданий, транспорта и пищевых производств. Отдельного внимания заслуживает вопрос долговременности эффекта: заявленная цель разработки — материалы, обеспечивающие устойчивую противовирусную активность в течение длительного времени, тогда как для покрытий с вымываемыми активными компонентами срок действия ограничен.

Исследование выполнено при поддержке программы Moonshot Организации по развитию новых энергетических и промышленных технологий Японии (NEDO), фондов JSPS KAKENHI и программ Министерства образования, культуры, спорта, науки и технологий Японии (MEXT).