研究者がウイルスを殺す抗ウイルスフェイスマスクを開発

May 10, 2023

新型コロナウイルス感染症（COVID-19）のパンデミック中に強調されたように、フェイスマスクは呼吸器飛沫の拡散を減らすことでウイルス感染のリスクを低減します。

FDAの広報担当オードラ・ハリソン氏はメディカル・ニュース・トゥデイに対し、これまでのところ、国立労働安全衛生研究所（NIOSH）が承認したN95マスクが「医療従事者のための呼吸器保護のゴールドスタンダード」であると語った。

しかし、N95 を含む従来のマスクでは、接触したウイルスを不活化することができません。

汚染のリスクは着用時間とともに増加するため、医療従事者は患者の暴露後にフェイスマスクを廃棄することが推奨されます。 これによりマスクが不足し、大量のプラスチック廃棄物が発生する可能性があります。

しかし、ニューヨークのレンセラー工科大学（RPI）の研究者らは、N95フェイスマスクフィルターに抗ウイルス性と抗菌性を与える方法を開発した。 研究者らは、抗ウイルス特性を持つ素材をフェイスマスクに組み込むことで、感染を防ぐ能力が向上すると同時に、着用時間を延長し、プラスチック廃棄物を削減できることを発見しました。

新しい研究は、ACS Applied Materials & Interfaces の 6 月号に掲載されました。

これまでの研究では、ウイルスを不活性化できる銅などの金属ナノ材料をフィルター繊維に組み込むことで、抗ウイルス活性を備えたフェイスマスクが作製されている。

しかし研究者らは、金属ナノ材料がマスクのフィルターから剥がれて吸入され、毒性を引き起こす可能性があると懸念していた。

ポリカチオン（正味の正電荷を持つ長鎖分子）を金属ナノ材料の代わりに使用して、表面に抗ウイルス活性を与えることができます。 以前の研究では、接触時に細菌やウイルスの細胞膜を破壊することによってポリカチオンが細菌やウイルスを殺す能力を実証しました。

レンセラー大学の化学生物工学助教授であり、新しいフェイスマスク研究の共著者であるヘレン・ザー博士は、プレスリリースの中で彼女と研究チームが開発したポリカチオンをベースとした方法について説明した。 この方法は、N95 マスクの濾過材として一般的に使用されるポリプロピレン生地に抗菌特性を与えます。

「私たちが開発したプロセスは、非常に単純な化学を使用して、この非浸出性ポリマーコーティングを（N95マスクフィルター素材の上に）作成し、ウイルスや細菌の外層を本質的に破壊することで殺すことができます。」

– ヘレン・ザー博士

Zha博士のチームは、紫外線(UV)光を使用してグラフトプロセスを推進し、第4級アンモニウムポリマー(ポリカチオン)をポリプロピレン繊維表面に塗布した。 結果として得られる極薄のポリマーコーティングは、フィルターの繊維構造や通気性を大きく変えることなく、フィルターに永久的な正の電荷を与えます。

研究者らは、ポリマーでコーティングされたポリプロピレンが、接触すると、脂質で覆われたいくつかのウイルスのほか、黄色ブドウ球菌や大腸菌を不活化できることを発見した。

ポリマーでコーティングされたポリプロピレンの抗ウイルス活性は、さまざまなウイルスを使用してテストされました。 これらには、ヒトコロナウイルスSARS-CoV-2に類似したマウスコロナウイルス、ヒトコロナウイルス、および水ヘルペスウイルス（仮性狂犬病ウイルスとも呼ばれる）が含まれていた。 コーティングされたフィルターとの接触後、抗ウイルス活性はウイルス株および感染性ウイルスの定量方法によって大きく異なりましたが、感染性ウイルス単位の数は減少しました。

以前の研究で説明された抗菌メカニズムに基づいて、研究者らは、正に帯電したポリプロピレンが接触すると細胞膜を破壊することによってウイルスや細菌を殺すと考えています。

研究者らは、抗菌ポリマーコーティングの適用後に N95 フィルターの濾過効率が低下することに注目しました。

ただし、この問題は、ポリマーでコーティングされたマスクの下に未加工の N95 マスクを着用することで解決できます。

将来的には、マスクメーカーは N95 マスクの外層に抗菌ポリマーを使用する可能性があります。

抗菌ポリマーコーティングプロセスは、新しいマスクフィルターを製造するのではなく、既存のマスクフィルターに適用できます。

しかし、ポリマーコーティング法は「商業化を容易にする」ためにも設計されたとZ​​ha博士はMNTに語った。

「私たちは、容易に入手できる試薬、溶媒、装置を意図的に使用しました。私たちは、スケールアップできる可能性のあるシンプルな化学と方法を追求しました」とZha博士は述べました。 「大規模な製造と商業実現に向けた実行可能な道があると思います。」

プレスリリースによると、レンセラー大学工学部の学部長シェカール・ガルデ氏は、抗菌ポリマーコーティング法を「賢明な戦略」と呼び、その多用途性を指摘した。

「日常生活にポリプロピレンが豊富にあることを考えると、おそらくこの戦略は他の多くの状況でも同様に役立つでしょう」とガルド氏は述べた。