Koroonapandeemia näitas, kui haavatav on ühiskond viirusnakkuste ees. Kuigi sageli mõeldakse viiruste levikust rääkides eeskätt piisknakkusele ja lähikontaktile, võivad haigustekitajad levida peale selle hoopis märkamatumat teed pidi, näiteks puutepindade kaudu. Pindadele sattunud viirused võivad seal pikemalt püsima jääda ning püsida nakkusvõimelistena päevi ja lausa nädalaid.
Just sellele keskendus oma doktoritöös Tartu Ülikooli materjaliteadlane Alexandra Nefedova, kes uuris, kuidas muuta tekstiilpindu viirusvastaseks päris elu tingimustes. “Minu töö algas koroonapandeemia ajal. Meil oli projekt, mille eesmärk oli arendada tekstiilidele viirusvastast katet, näiteks ühistranspordi istmete jaoks,” rääkis ta.
Tekstiilid erinevad kõvadest pindadest selle poolest, et need on poorsed, imavad niiskust ja neid on keeruline puhastada. Kui siledat pinda saab desinfitseeriva vahendiga pühkida, siis tekstiili puhul see ei toimi. Sageli tuleb see lihtsalt pesumasinasse panna.
Sellest tulenevalt oli Nefedova eesmärk valmistada viirusvastaseid tekstiilmaterjale, mille kasutus võiks ulatuda alates pehmest mööblist sagedases kasutuses olevatel ühistranspordi pindadel, koolides, lasteaedades, hooldekodudes või tervishoiuasutustes kuni töörõivaste või toiduainete pakendamiseni.
“Tekstiilid on enamasti poorsed ja pooridesse võib viirus püsima jääda,” selgitas materjaliteadlane. Nefedova doktoritöö raames tehtud katsed näitasid, et teatud tingimustel võivad viirused tekstiilidel püsida nakkusvõimelistena kuni 72 tundi. Teaduskirjanduses on viiteid isegi mitme kuu pikkusele nakkusvõime püsimisele, kuigi see sõltub tugevalt keskkonnatingimustest.
Uuringutes kasutas ta polüestertekstiili, millest valmistatakse näiteks madratsikatteid ja ühistranspordi istmeid. Just sellised pinnad on igapäevaelus laialt levinud ning nendega puutuvad kokku paljud inimesed.
Nefedova doktoritöö üks keskseid järeldusi on see, et paljud laboritingimustes tõhusad viirusvastased materjalid ei pruugi päriselus toimida. Põhjus peitub testimistingimustes. “Standardite järgi testitakse viirusvastaseid materjale sageli vedelikus, aga päriselus ei ole tekstiil kaetud vedelikuga. Viirus satub sinna väikeste tilkade kaudu, näiteks köhimisel, ja keskkond on pigem poolkuiv,” selgitas ta.
Just selliseid poolkuivi tingimusi Nefedova oma töös imiteeriski. Ta kandis viiruse tekstiilile aerosooli imiteerivate tilkadena ja lasi neil kuivada. Seega oli katse sarnane tekstiilide igapäevakasutusele.
Doktoritöös pani ta proovile mitu potentsiaalset viirusvastast materjali, sealhulgas nanosuuruses hõbeda, tseeriumoksiidi nanostruktuurid ja ränidioksiidil põhinevad nanokomposiidid.
Üks üllatavamaid tulemusi puudutas hõbedat. Kuigi hõbedat peetakse laialdaselt antibakteriaalseks ja sageli ka antiviraalseks materjaliks, ei osutunud see Nefedova töös testitud viiruste puhul kuigi tõhusaks. “Bakterite vastu töötab hõbe väga hästi, aga viiruste puhul ei ole see universaalne,” nentis ta.
Paljulubavaks osutus hoopis tseeriumoksiid, aga seda vaid vedeliku keskkonnas. Kahe kuni viie nanomeetri suurused tseeriumoksiidi osakesed suutsid viirusi tõhusalt inaktiveerida, mõjutades otseselt viirusvalkudes olevaid aminohappeid. Samas ei avaldanud need negatiivset mõju ei bakteritele ega inimrakkudele. Kui neid osakesi kanti tekstiilile ja testiti poolkuivades tingimustes, kadus viirusvastane toime aga peaaegu täielikult. Nefedova peab selle tõenäoliseks põhjuseks niiskuse puudumist, kuna tseeriumoksiid vajab tema sõnul toimimiseks vee olemasolu.
Kõige parema tulemuse andis hoopis poorne ränidioksiidi nanostruktuur, mis sisaldas viirusvastase toimega kvaternaarset ammooniumühendit. Materjalile annab eelise see, et poorides säilib väike kogus vett ka siis, kui keskkond on üldiselt kuiv.
“See vesi võimaldab kontakti viiruse ja aktiivsete ainete vahel,” märkis Nefedova. Just see osutus võtmeteguriks, mis võimaldas viiruseid mõjutada ka päriselule sarnastes poolkuivades tingimustes.
Oluline on ka materjali püsivus. Mitmed viirusvastased katted, näiteks vaseühenditel põhinevad lahendused, kaotavad oma toime juba pärast esimest kokkupuudet niiskusega. Kui viirusvastane ühend ei püsi tekstiilil, ei ole sellest praktilist kasu.
Kuigi uurimistöö sai alguse koroonapandeemia ajal, ei näe Nefedova selle tulemusi kitsalt ühe haiguse kontekstis. “Pandeemia näitas, et alati võib midagi ootamatut juhtuda ja me ei pruugi selleks valmis olla,” sõnas ta.
Tema hinnangul võiks viirusvastaseid tekstiile kasutada näiteks haiglate õhufiltrites, ühistranspordis, hooldekodudes, lasteaedades ja muudes kohtades, kus liiguvad koos inimesed, kes on nakkuste suhtes eriti haavatavad.
Järgmine suur väljakutse on leida viise, kuidas sellised materjalid tekstiilile keemiliselt püsivalt kinnitada. Praegu kasutatud meetod põhines peamiselt elektrostaatilisel haardumisel, millest jääb pikas vaates väheks.
Nefedova doktoritöö üks laiem sõnum on, et viirusvastaste materjalide arendamisel tuleb senisest rohkem arvestada reaalsete kasutustingimustega. Laboris vesikeskkonnas toimiv lahendus ei pruugi päriselus kuivale tekstiilile kandes enam üldse töötada.
“Me ei paku ainult uusi materjale, vaid ka arusaama selle kohta, kuidas ja millistes tingimustes neid testida,” ütles ta. Just see muudab töö oluliseks ka laiemas plaanis, sest aitab eristada turunduslikke lubadusi teaduslikult põhjendatud lahendustest ja viia viirusvastased pinnad sammu võrra lähemale päriselule.
Alexandra Nefedova doktoritöö valmis Tartu Ülikooli füüsika instituudi, molekulaar- ja rakubioloogia instituudi ning bioinseneeria instituudi vahelises koostöös.