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物理学 > 生物物理

arXiv:2205.00886 (physics)
[提交于 2022年4月28日 ]

标题: 抗菌性能的多组分合金

标题: Anti-microbial properties of a multi-component alloy

Authors:Anne F. Murray, Daniel Bryan, David A. Garfinkel, Cameron S. Jogensen, Nan Tang, WLNC Liyanage, Eric A. Lass, Ying Yang, Philip D. Rack, Thomas G. Denes, Dustin A. Gilbert
摘要: 高流量触摸表面,如门把手、台面和扶手,可能是病原体传播的途径,强调了开发能够主动自洁材料的必要性。 金属由于其耐用性,常用于这些表面,但许多金属也具有抗菌特性,通过多种机制发挥作用。 本研究调查了由几种生物活性金属组成的金属合金,旨在通过协同作用实现广谱、快速的生物活性。 提出了一种基于熵的稳定化范式,以制备铜、银、镍和钴的可扩展合金。 使用组合溅射法,在100毫米晶圆上制备了薄膜合金,每个元素在晶圆上的成分梯度为50%。 然后对这些薄膜进行退火,并研究其合金稳定性。 使用四种微生物——Phi6、MS2、枯草芽孢杆菌和大肠杆菌——作为人类病毒和细菌病原体的替代物,对生长的合金和退火后的薄膜进行了生物活性测试。 测试结果显示,在与某些测试合金接触30秒后,Phi6(一种包膜单链RNA噬菌体,作为SARS-CoV 2的替代物)减少了多达6.9个数量级(>99.9999%)。 此外,非包膜双链DNA噬菌体MS2,以及革兰氏阴性大肠杆菌和革兰氏阳性枯草芽孢杆菌菌株分别在30分钟、20分钟和10分钟后显示出5.0、6.4和5.7个对数减少。 合金样品中的生物活性与成分有很强的依赖关系,对数减少与Cu含量直接成比例。 退火后通过相分离增加Cu的浓度,提高了部分样品的活性。 结果激发了多种主题,可以用来设计理想的生物活性表面。
摘要: High traffic touch surfaces such as doorknobs, countertops, and handrails can be transmission points for the spread of pathogens, emphasizing the need to develop materials that actively self-sanitize. Metals are frequently used for these surfaces due to their durability, but many metals also possess antimicrobial properties which function through a variety of mechanisms. This work investigates metallic alloys comprised of several bioactive metals with the target of achieving broad-spectrum, rapid bioactivity through synergistic activity. An entropy-motivated stabilization paradigm is proposed to prepare scalable alloys of copper, silver, nickel and cobalt. Using combinatorial sputtering, thin-film alloys were prepared on 100 mm wafers with 50% compositional grading of each element across the wafer. The films were then annealed and investigated for alloy stability. Bioactivity testing was performed on both the as-grown alloys and the annealed films using four microorganisms -- Phi6, MS2, Bacillus subtilis and Escherichia coli -- as surrogates for human viral and bacterial pathogens. Testing showed that after 30 s of contact with some of the test alloys, Phi6, an enveloped, single-stranded RNA bacteriophage that serves as a SARS-CoV 2 surrogate, was reduced up to 6.9 orders of magnitude (>99.9999%). Additionally, the non-enveloped, double-stranded DNA bacteriophage MS2, and the Gram-negative E. coli and Gram-positive B. subtilis bacterial strains showed a 5.0, 6.4, and 5.7 log reduction in activity after 30, 20 and 10 minutes, respectively. Bioactivity in the alloy samples showed a strong dependence on the composition, with the log reduction scaling directly with the Cu content. Concentration of Cu by phase separation after annealing improved activity in some of the samples. The results motivate a variety of themes which can be leveraged to design ideal bioactive surfaces.
评论: 15页,6图
主题: 生物物理 (physics.bio-ph) ; 材料科学 (cond-mat.mtrl-sci)
引用方式: arXiv:2205.00886 [physics.bio-ph]
  (或者 arXiv:2205.00886v1 [physics.bio-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2205.00886
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI
期刊参考: Scientific Reports 12, 21427 (2022)
相关 DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-25122-4
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来自: Dustin Gilbert [查看电子邮件]
[v1] 星期四, 2022 年 4 月 28 日 05:35:44 UTC (1,142 KB)
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