Lenyűgöző hazai találmány: a koronavírust is elpusztíthatja az önfertőtlenítő bevonat

HelloVidék: A mostani kutatási eredmény egy több évtizeddel ezelőtti felkérésre vezethető vissza, amelyet egy német kutatóintézettől kaptak. Mire vonatkozott az eredeti megkeresés, ami elvezette Önöket a 2020-ban publikált áttörésig?

Prof. Dr. Dékány Imre: A ’90-es évek közepén egy NATO Science for Peace pályázatot nyertünk el Brüsszelben, aminek az volt a lényege, hogy olyan, napfény hatására tisztuló rétegeket, porokat, szuszpenziókat kellett előállítani, amik a környezetben lévő és az arra káros szerves anyagokat lebontják, mint amilyen például a kőolaj, tehát a környezetvédelem és a környezetbiztonság érdekében támogatták ezeknek a technológiáknak a kidolgozását. Több százezer dollárt kaptunk, amiből komoly műszereket vettünk, amikkel például a Szegedhez közeli algyői olajmezőnél próbáltuk a talajba juttatott fotokatalizátorokkal megtisztítani napfény hatására a területeket. 2000 után keresett meg minket a német Fraunhofer Intézet Münchenből azzal, hogy mivel az agyag- és talajkomponensekhez értünk, ezért kísérletezzünk ki egy olyan eljárást, ami a védelmi iparban használható.

Ezzel olyan területeken, ahol nagy a napfény intenzitása, meg lehet védeni a vegyvédelmi egységeket a kémiai támadástól. Így vett vegyvédelmi fordulatot a kutatás, amit a kutatást koordináló intézet finanszírozott, és amivel 2012-ben szabadalmat nyújtottunk be, ezt 2019-ben el is fogadta a Német Szabadalmi és Védjegy Hivatal. Közben nemzetközi konferenciákon legalább 15-20 előadást tartottam és munkatársaimmal több tucat publikációnk jelent meg. Ekkor mondtam a német partnereknek, hogy mindezt biológiai célokra is lehetne használni, nemcsak vegyvédelemre. Ennek lényege az volt, hogy a titán-dioxid kompozit szerkezetét úgy módosítsuk, hogy az mind a baktériumokat, vírusokat, szerves anyagokat, olajat, zsírt le tudja bontani felületi oxidáció révén.

Ekkor még sehol sem volt a COVID-19, ezért nem is kérték, hogy foglalkozzunk vele. Mikor kitört a járvány, kaptam a telefont, hogy Herr Dékány, mégis kellene, csak szerezzünk valakit, aki validált módszerrel meg tudja mérni a vírust, mert ők erre az intézetben nem képesek. Mindeközben én már Boldogkői Zsolt professzor úrral elkezdtem kutakodni, mert tudtam, hogy ennek működnie kell. Duda Ernő kollégám is mondta, hogyha a bevonat baktériumok ellen jó, akkor vírusnál is működnie kell. Mikor sikerültek az első kísérleteink, az egyetem vezetése aláírta a szerződést a Fraunhofer Intézettel, azóta kutatunk a vírus szaporodásának meggátlása érdekében. Jelenleg egy modell vírussal, a herpesszel dolgozunk, amely kutatás bizonyította, hogy a vírus nem biztos, hogy elpusztul, de három nagyságrenddel csökken a fertőzőképes organizmusok száma a felületen az eredeti állapothoz képest mindössze 20 perc alatt. Boldogkői Zsolt professzor úr szerint viszont mivel a herpeszvírus szerkezete hasonlít a leginkább a COVID-19-éhez, azzal szemben is hatékony lesz.

Az eredményeket az Ön nevével fémjelzik, de egy egész kutatógárda, a Kolloidok és Nanoszerkezetű Anyagok Csoportja áll az innováció mögött. Kiknek köszönhető még a mostani siker?

Nagyon jelentős ezen kutatók létszáma, mert 2000 óta folyamatosan jelentkezhettek a hallgatók erre a témára, sokan így szerezték meg a tudományos (PhD) fokozatukat. Benne volt a csoportban a szegedi lézerközpont vezető munkatársa, Mogyorósi Károly, a Heidelbergi Egyetemről Haraszti Tamás, a Műegyetemen tanító Kun Róbert, az osztrák szabadalmi hivatalnál dolgozó Szűcs Anna, a legfrissebb doktoranduszom, aki Szingapúrban, majd most Svájcban dolgozik, Veres Ágnes, a Pécsi Egyetemen Pernyeszi Timea, Körösi László, Szegeden Deák Ágota, Ágoston Áron és Janovák László adjunktus kollegám, aki a témában egy kutatócsoportot is vezet. Mivel a kutatás elmozdult a biológia felé, így kapcsolódtak a kutatáshoz a biológus kollégák, Nagy Erzsébet professzor emerita, Boldogkői Zsolt professzor és Duda Ernő professzor emeritus, Tallósy Szabolcs biológus, az orvostudományi karról. A Szegedi Tudományegyetemen gyakorlatilag a téma egy multidiszciplináris kutatás lett, mert egy kémikus ezt már egyedül nem tudja megoldani. Orvosok, biológusok, fizikusok, vegyészek együttműködése kell, hogy egy ilyen projekt megvalósulhasson.

A fotooxidáció mechanizmusát 1972 óta egy japán kutatópáros nevével Honda-Fujishima-hatásként jegyzik. Ha már ennyire korán felfedezték a titán-dioxid környezetre gyakorolt hatását, amely miatt azt a fejlett ázsiai országokban ma már széleskörűen használják, nem feltétlen védelmi célokra, mi az oka annak, hogy egy ilyen nagy áttörést ígérő kutatás csak ennyivel megkésve jutott el Európába?

Az eredeti felfedezés iránt rendkívül nagy volt az érdeklődés, mert a titán-dioxid napfény hatására képes volt a vizet hidrogénre és oxigénre szétbontani. Ez a felfedezés önmagában a Nobel-díjat is érhetett volna, azonban a probléma egyrészt az volt, hogy az oxigént és a hidrogént szét kell tudni választani, ami technikailag nem egyszerű, másrészt hatásfoka néhány százalék volt. A 2000-es évek előtt már több tucat világhírű kutatócsoport azzal foglalkozott, hogy módosítsák a titán-dioxidot, de a hatásfok 10% fölé soha nem ment, és így telt el két évtized. Időközben viszont rájöttek, hogy a módosított titán-dioxid másra is jó, mert japán kollegáim dokumentálták, hogy a módosított titán festékkel bekent ház az évek alatt nem szürkült le a forgalmas út mellett, mint a szomszédoké.

Így derült ki, hogy a felület nemcsak oxidáló, hanem öntisztuló képességgel is rendelkezik, ezért az összes japán autópálya-alagutat ezzel a kicsit módosított fehér titán-dioxid réteggel festették ki, ahol világítani így is, úgy is kellett, a mesterséges fény hatására pedig öntisztult a felület, így pedig a kipufogógáz nem koszolta már össze az alagutakat.

Dél-Koreában különböző katalitikus (az adott folyamatot meggyorsító – a szerk.) célokra használták fel, Kínában, Indiában pedig hatalmas szennyvíztisztító üzemek működnek ezzel a technológiával. Időközben az is kiderült, hogy áramot is lehet fejleszteni a titán-dioxid kompozit fémből, ami napelemként is jól funkcionál. Közel három évtizednek kellett eltelnie, mire a biológiai hasznosítás felmerült. A mostani járványhelyzet pedig felhívja a figyelmet kutatásainkra, mert ha azt akarjuk, hogy ne szaporodjon tovább a vírus, be kell vonni a felületeket és meg kell tisztítani a levegőt is a fertőző mikrobáktól. Ez viszont továbbra sem jelenti azt, hogy nyugodtak lehetünk, mert a fertőzés átadásának a veszélyét mindez csak csökkenti, amit még tudományosan be is kell tudni bizonyítani validált mérésekkel, ami nem egyszerű feladat.

Más antimikrobiális fertőtlenítőszerek kapcsán utólag már többször felmerült, hogy azok sokkal többet ártanak, mint használnak. Mit lehet biztosan elmondani a titán-dioxidról az eddigi kutatási eredmények alapján? Jelenthet potenciális veszélyt az élő környezet vagy az emberi szervezet számára?

Számos kémiai anyag potenciális veszélyt jelenthet az élő szervezetre, viszont olyan ez is, mint a gyógyszer, ellenőrzött felhasználás kell meghatározott helyeken és körülmények között. Nagy mennyiségben tudjuk, hogy a gyógyszerek is mérgezőek. Szerves és szervetlen anyagoknál viszont kötelező megvizsgálni a toxicitást, mert lehet, hogy az már kis mennyiségben mérgező vagy irritálja a bőrt. Mivel a titán-dioxid nanorészecske, ezért tény, hogy átjut a sejtmembránon, és bekerülhet a sejtbe, ezért ott valóban okozhat károsodást, de csak akkor, ha nagy mennyiségben használjuk. A titán-dioxid azonban már ott van a napvédő krémekben, mert képes elnyelni a fényt, ott van a fogkrémekben töltőanyagként, a gyógyszerekben szintén töltőanyagként, tehát kis mennyiségben teljesen ártalmatlan a szervezet számára. Ennek ellenére vizsgálták nagy mennyiségben kísérleti egereken is, ahol kiderült, nagyon nagy mennyiségben valóban okozhat belső szövetelváltozásokat, de ez testsúly kilogrammra számítva hihetetlen nagy mennyiség. A mi dolgunk az, hogy egy olyan rétegtechnológiát dolgozzunk ki, amivel ez nem is történhet meg, mert nem kopik le a felületről, stabil, nem kerül a környezetbe, ezért a környezetet minimális mértékben sem veszélyeztethetjük vele.

Ebben a vírussal terhes időszakban adja magát a kérdés: fogják-e tesztelni a koronavírussal szembeni hatékonyságát?

A COVID-19 esetében olyan szigorúak a laboratóriumi feltételek, hogy ezt a Szegedi Tudományegyetemen jelenleg nem tudják biztosítani. Abban reménykedünk, hogy Jakab Ferenc professzor (a PTE TTK virológusa – a szerk.) tud a kutatásunkról, és adódik rá lehetőség, hogy náluk sor kerüljön a vizsgálatra. Szerintem ez most tulajdonképpen az ő kapacitásaikon és lehetőségeiken múlik, de bízom benne, hogy előbb-utóbb megvizsgálják. A történet másik ága, hogyha Boldogkői Zsolt professzorral meggyőzően tudjuk bizonyítani, hogy nem szaporodik tovább a kompozit anyaggal érintkező vírus, akkor a német partnerünk megígérte, hogy jelentkeznek a Robert Koch Intézetnél, ahol szintén meg tudják vizsgálni a hatékonyságát. Tehát vagy Magyarországon, vagy Németországban biztos, hogy tesztelik a COVID-19-re is, erre viszont szerintem még egy pár hónapot várnunk kell.

Az áttörés XXI. századi jelentőségét figyelembe véve, milyen széles spektrumban használható fel ez a módosított titán-dioxid?

Egy nagyon általános kémiai fotokatalitikus elvvel működik. Számos oxid-félvezető van a módosított titán-dioxidon kívül, csak ezek többsége drága, de esetükben ugyanúgy végbemegy a folyamat: hogyha a felületre vízmolekula kerül, abból fény hatására szabad elektronok, úgynevezett oxidáló szabadgyökök keletkeznek, amik rendkívül reaktívak. A szilícium alapú vegyületeken kívül szinte bármilyen szerves anyagot, legyen az egy kis molekula, makromolekula vagy biológiai objektum, azt mind megtámadja, elkezdni oxidálni, megbontja a membránját. Nem kell, hogy a teljes membránhálót lebontsa, mert ha az valahol megsérül, az objektum nem tud tovább szaporodni. Évekkel ezelőtt elektronmikroszkóppal készült és publikált felvételeinken látszik is, ahogy a módosított titán-dioxid hatására a baktérium membránok felhasadnak, életképtelenné válnak. A folyamatban pedig nem feltétlenül kell odáig eljutni, hogy végtermékként szén-dioxid és víz keletkezzen, mint ahogy tesztként ezt az etanolnál tapasztaltuk. Erről a Semmelweis évfordulón és a Pécsi Tudományegyetemen is tartottam néhány előadást, ahol a résztvevő orvosok azt mondták, hogyha a nanotechnológiának ezt a szintjét nézik, akkor még legalább 10 évig egy felfutóban lévő iparág lehet a fertőtlenítés.

Nem véletlenül a katonai és polgári védelemből indult ki a kutatás, ami a továbbiakban is védelmi technológia marad attól függetlenül, hogy hol vetjük majd be.

Azért, hogy egy ilyen szer használata széleskörűen alkalmazható legyen akár a közlekedési eszközök fertőtlenítésében, akár a közintézményekben, egészségügyben, van egy bizonyos engedélyeztetési eljárás, amin keresztül kell mennie az innovációnak. Ez mennyi időt vehet igénybe?

Ez nagyban függ attól, hogy mekkora erőkkel állnak rá, mert ez komoly kémiai biztonsági, jogi, közegészségügyi, járványvédelmi és egyéb szakértelmet igényel, hogy végül kiadják az engedélyt. Ezt a projektet mi most elindítottuk, már felterjesztettük a beadványainkat a Nemzeti Népegészségügyi Központhoz. Jól lehet, előzetes engedélyek már vannak, de úgy vélem, ha úgy gondolják, hogy ennek van prioritása, akkor szerintem 2-3 hónapon belül megadatják rá az engedélyt, de ha szerencsénk van, lehet hogy csak 1 hónap.

Fontos kihangsúlyozni, hogy a módosított titán-dioxid nemcsak a felületek tartós fertőtlenítésében vethető be, hanem a levegőben lévő mikrobákat is semlegesíti. Megvannak már a technológia feltételei annak, hogy mindezt a levegőtisztításban is bevethessék?

Valóban, hogyha a módosított titán-dioxid felületén áramoltatjuk át a levegőt, akkor az abban lévő baktériumok, vírusok elpusztulnak. Elég csak a klímaberendezésekre gondolni, amik a repülőgépeken, buszokon megtalálhatóak. Annyi a plusz, hogy ezeket a bevonatokat valamilyen fényforrással kell megvilágítani, hogy a reakció elinduljon, például LED fényforrással, ami olcsó, mert alig fogyaszt De a vírusokon és baktériumokon túl az egyszerű, kellemetlen szagokat is lebontja. Kipróbáltuk, mellékhelyiségekben és a konyhában is jól funkcionált. Őszintén szólva, én a levegőtisztítást sokkal fontosabbnak tartom, mert egy felülethez nem feltétlenül kell hozzáérni, lélegezni viszont a nap 24 órájában kell. Ezért kell maszkot hordani és távolságot tartani, mert a fizikai kontaktus létrejötte nélkül is kontaktusba kerülhetünk a vírussal.

Korábbi nyilatkozatában említette, hogy már több helyen is alkalmazzák módosított titán-dioxidot. Elárulná, hogy hol és mire használják?

Magyarországon két helyen, Szegeden és Budapesten is gyártanak kis szériában fotoreaktorokat, akik már kértek engedélyt a technológia felhasználására. A fővárosi cég nagy mennyiségben használja a titán-dioxidos bevonatokat, vendéglátóipari készülékeket gyártanak nagy sikerrel, amiket külföldön, például Svájcban, Németországban és Észak-Olaszországban értékesítenek, mert sajnos az árát itthon kevésbé tudják megfizetni. Vendéglátóiparban az olajgőz semlegesítésére használják, így a vendégtérben nem csapódik le a padlóra a zsiradék, és nem csúszik el rajta a vendég, míg korábban nem győztek felmosni. Szegeden egy innovációkra nyitott cég kezdte el gyártani, amit aztán kisebb rendelőkben, helyiségekben használnak, és nagyon meg vannak vele elégedve. A validálás azonban még folyamatban van, mert a levegőben lévő anyagok koncentrációját megmérni nagyon nehéz, ha egy helyiségben folyamatos a be- és a kijárás.

Mennyire jelent majd problémát a módosított titán-dioxid bevonat előállítása?

Egy nagy német cég már gyárt titán-dioxidot, amiből szerintem egész Európát el tudják látni, tehát az alapanyag adott. A mi feladatunk, hogy ezt egy kicsit módosítsuk, hogy napfény hatására is működjön, mert a titán-dioxid eredetileg UV-ben fotokatalizál, ami nem jó, mert az UV-sugárzás miatt ózon termelődik. Ez az, amit mi 20 év alatt kikísérleteztünk, ezzel tudtunk előrelépni. A módosított bevonat előállításához elég egy kis üzemet átalakítani, a légtisztító gépek létrehozása viszont egy sokkal komolyabb beruházást igényel majd a cégek részéről.

Remélhetjük, hogy a mostani járványhelyzetben ebből már profitálni fogunk?

Én azt mondom, hogy nem nagyon lesz más választásunk. Tudniillik a biológusok azt mondják, hogy ez a vírus ugyanúgy itt marad, mint az influenza, ami minden évben felüti a fejét. Nyilván a vakcinával védve leszünk, ami nagy biztonságot jelent. Itt van viszont például az ebola, a nyugat-nílusi láz vagy a madárinfluenza, ami szintén borzasztó károkat okoz. Ezért úgy gondolom, hogy a következő években, évtizedekben ezeket a védelmi technológiákat be kell építeni a vendéglátásba, egészségügybe, sportcsarnokokba és még sorolhatnánk. Nem tehetjük meg, hogy nem használjuk őket. Tudom, hogy plusz költséget jelentenek, de a normális életvitelhez előbb-utóbb követelmény lesz. Úgy gondolom, hogy 2-3 hónap alatt bizonyítani fogja a fertőzések meggátlásában játszott szerepét. És ez esetben nemcsak a felületekre gondolok, hanem a levegőre is.

Nyilván nem egyik pillanatról a másikra változik majd meg az életünk, ezért szorulunk jelenleg a kontaktusok minimalizálására, de ezt sem lehet a végtelenségig folytatni, valahogy ki kell mozdulnunk ebből az állapotból, amihez szükségünk lesz ezekre az egészség- és környezetvédelmi technológiákra.

Címlapkép: Getty Images