Odporność na ukąszenia: nowy materiał odzieżowy pokonuje komary – twierdzą badacze z NCSU

Laury Oleniacz

Naukowcy z North Carolina State University stworzyli niezawierającą środków owadobójczych, odporną na komary odzież, korzystając z materiałów tekstylnych, które w eksperymentach z żywymi komarami potwierdziły, że są odporne na ukąszenia. Opracowali materiały, korzystając z modelu obliczeniowego własnego projektu, który opisuje zachowanie podczas gryzienia Aedes aegypti, komara przenoszącego wirusy wywołujące choroby u ludzi, takie jak Zika, denga i żółta febra.

W końcu badacze zgłoszone w dzienniku Owady że byli w stanie w 100% zapobiec ukąszeniom, gdy ochotnik nosił jego ubranie – bieliznę podstawową i koszulę bojową pierwotnie zaprojektowane dla wojska – w klatce z 200 żywymi, wolnymi od chorób komarami. Tekstylia wektorowe, start-up ze stanu NC, udzielił licencji na powiązane prawa patentowe i zamierza produkować odzież do sprzedaży komercyjnej w Stanach Zjednoczonych.

Zrzut ekranu ze zgłoszenia patentowego NCSU.

Naukowcy uważają, że ich model obliczeniowy można by szerzej wykorzystać do opracowania odzieży ograniczającej przenoszenie chorób.

„Udowodniono, że tkanina działa – to wspaniała rzecz, którą odkryliśmy” – powiedział współautor badania Andre Westa, profesor nadzwyczajny mody i projektowania tekstyliów w NC State oraz dyrektor ds Rozszerzenie Zeis Textiles na rzecz rozwoju gospodarczego. „Dla mnie to rewolucja. Odkryliśmy, że możemy zapobiec przedostawaniu się komarów przez tkaninę, podczas gdy inne były wystarczająco grube, aby zapobiec przedostawaniu się komarów do skóry”.

Opracowanie modelu obliczeniowego do projektowania materiałów tekstylnych, które mogłyby zapobiegać A. egypti ukąszeń, badacze zbadali wymiary głowy, czułków i pyska A. egyptii mechanikę tego, jak gryzie. Następnie wykorzystali model do przewidzenia, jakie materiały tekstylne będą zapobiegać ukąszeniom, w zależności od ich grubości i wielkości porów. Naukowcy stwierdzili, że ich zdaniem materiały mogą być skuteczne także przeciwko innym gatunkom komarów A. egypti ze względu na podobieństwa w biologii i zachowaniu podczas gryzienia.

[Pięciu profesorów z North Carolina State University złożyło w 2019 r. wniosek do Urzędu Patentów i Znaków Towarowych Stanów Zjednoczonych na odzież odporną na ukąszenia komarów: West, Marian G. McCord, Charles S. Apperson, Richard Michael Roe i Emiel A. DenHartog.]

„Ubrania mają różne zastosowania” – stwierdził pierwszy autor badania Kun Luana, doktorant w dziedzinie biomateriałów leśnych w NC State. „Chodzi o to, aby mieć model, który będzie obejmował wszystkie możliwe ubrania, jakich dana osoba kiedykolwiek zapragnie”.

Aby przetestować dokładność swojego modelu, naukowcy przetestowali materiały, które miały być odporne na ugryzienia. W eksperymentach na żywych, wolnych od chorób komarach badacze otoczyli zbiornik krwi tworzywami sztucznymi wykonanymi według parametrów przewidzianych przez model. Następnie policzyli, ile komarów nabrzmiało krwią.

Jeden z materiałów, który początkowo testowali, był bardzo cienki – miał mniej niż jeden milimetr grubości – ale miał bardzo mały rozmiar porów, aby zapobiec przedostawaniu się przez komara części gębowej, czyli trąby, do wnętrza materiału. Inny materiał miał pory średniej wielkości, aby uniemożliwić komarowi włożenie głowy przez materiał tekstylny na tyle daleko, aby dosięgnął skóry; a trzeci materiał miał większe pory, ale był na tyle gruby, że pysk komara i tak nie mógł dosięgnąć skóry.

W kolejnym teście naukowcy wybrali serię dzianin i tkanin, które spełniały parametry odporności na ugryzienia określone przez model, i potwierdzili, że sprawdzały się one w eksperymentach z udziałem zarówno rezerwuaru krwi, jak i ochotników. Naukowcy sprawdzili liczbę ukąszeń otrzymanych przez ochotników, gdy uczestnicy badania włożyli ramię pokryte ochronnym rękawem do klatki na komary. Naukowcy porównali także zdolność tkanin do zapobiegania ukąszeniom i odstraszania komarów z tkaninami potraktowanymi środkami owadobójczymi.

Na podstawie tego, czego nauczyli się we wczesnych eksperymentach, badacze opracowali odporną na ugryzienia, dopasowującą się do ciała bieliznę wykonaną z cienkiego materiału, a także koszulę z długim rękawem, która początkowo miała służyć jako koszula bojowa dla wojska.

Kiedy ochotnik nosił to ubranie, siedząc przez 10 minut i stojąc przez 10 minut w klatce z 200 głodnymi komarami, stwierdził, że koszula bojowa była w 100% skuteczna w zapobieganiu ukąszeniom. W pierwszej próbie testującej warstwę bazową ochotnik otrzymał ukąszenia w plecy i ramiona – siedem ukąszeń na 200 komarów. Naukowcy przypisali ugryzienia rozciąganiu i odkształcaniu się tkaniny, w związku z czym podwoili warstwę materiału wokół ramion i ostatecznie w 100% zapobiegli ukąszeniom. Przetestowali także odzież pod kątem komfortu oraz tego, jak dobrze zatrzymuje ciepło i uwalnia wilgoć.

„Ostateczna wyprodukowana odzież była w 100% odporna na ugryzienia” – powiedział Michał Roe, William Neal Reynolds, wybitny profesor entomologii na Uniwersytecie Karoliny Północnej. „Ubrania codzienne, które nosisz latem, nie są odporne na ukąszenia komarów. Nasza praca pokazała, że wcale nie musi tak być. Ubrania, które nosisz na co dzień, mogą być odporne na ugryzienia. Ostatecznie pomysł jest taki, aby mieć model, który będzie obejmował wszystkie możliwe ubrania, jakich dana osoba kiedykolwiek zapragnie – zarówno dla wojska, jak i do użytku prywatnego.

Opublikowano badanie zatytułowane „Fizyka tekstyliów na komary: matematyczny plan działania dotyczący odzieży wolnej od środków owadobójczych i odpornej na ugryzienia na co dzień” online 13 lipca 2021 r. w czasopiśmie Owady. Autorami książki są Luan, Roe, West, Charles Apperson, Marian McCord, Emiel DenHartog, Quan Shi, Nicholas Travanty, Robert Mitchell, Grayson Cave, John Strider i Youngxin Wang z NC State University oraz Isa Bettermann, Florian Neumann i Tobias Beck z Uniwersytet w Aachen, Niemcy. Badanie zostało wsparte przez Narodową Fundację Naukową, Program Myśliwców Wojennych Departamentu Obrony, Oddział Kontraktowy Natick Departamentu Obrony Stanów Zjednoczonych, Fundusz Innowacji Kanclerza w stanie NC, Południowo-Wschodnie Centrum ds. Zdrowia i Zapobiegania Urazom w Rolnictwie, PILOTÓW oraz Stacja doświadczalna badań rolniczych NC.

(C) NCSU

Pierwotnym źródłem: WRALTechWire