SBIR Phase I: Virucidal surface coatings for prevention of COVID-19 transmission

SBIR 第一阶段:用于预防 COVID-19 传播的杀病毒表面涂层

基本信息

  • 批准号:
    2034178
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 25.59万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-08-01 至 2021-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The broader impact/commercial potential of this Small Business Innovation Research (SBIR) Phase I project will result from reducing overall COVID-19 mortality, and reducing the incidence of morbid secondary infections in intubated patients such as ventilator-acquired pneumonia (VAP). The market for antifouling/antimicrobial indwelling endotracheal tubes (ETTs) was estimated at $1.85 billion in 2017 with 6.6% annual growth, and further increases are likely due to the outbreaks of COVID-19 and other respiratory diseases. More than 50% of COVID-19 deaths are attributable to acute respiratory distress syndrome (ARDS) from secondary healthcare-acquired infections, such as VAP. Unfortunately, ETTs used for ventilation do not prevent bacterial settlement upon their surfaces (biofouling). To date there is only one FDA-approved antimicrobial ETT that does not target fouling as the root cause of VAP, leaving this critical issue unaddressed. The proposed technology advances the development of ETTs with novel coatings and can potentially be used in other indwelling biomedical medical devices, including urinary-, central venous-, and hemodialysis catheters (estimated market size: $77.7 billion by 2026). A ~10% reduction infection rate with this technology could prevent 1.7 million healthcare-acquired infections, annually saving 99,000 lives and $28-45 billion associated-cost in the US. This technology will also support research in antimicrobial interactions with surfaces. This SBIR Phase I project proposes to establish the feasibility of gemini-surfactant inspired coatings on ETTs to reduce COVID-19 mortality. Current approaches to prevent biofouling in ETTs involve incorporation of biocidal Ag+ ions or deposition of hydrophilic polymers resembling traditional surfactants to the surface. However, such biocide-release coatings liberate Ag+ ions that are cyto- and genotoxic and are subject to gradual depletion of the active agent. Meanwhile, the polymers are limited by both intrinsically hydrophobic regions in their backbones and the low surface activities of conventional “parent” surfactants. This project will advance the development of a new class of antifouling coatings combining structural elements of powerful gemini surfactants displaying surface activities orders of magnitude higher than their conventional counterparts, with the molecularly precise and durable surface modification technique of silanization. By mimicking the structures of gemini surfactants, incorporating multiple ionic “head” groups into the coating via silanization, hydrophilicity and antifouling/antimicrobial properties will be greatly increased relative to conventional antifouling coatings.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
小企业创新研究第一阶段项目将产生更广泛的影响/商业潜力,因为它将降低新冠肺炎的总体死亡率,并减少气管插管患者的病理性继发感染,如呼吸机获得性肺炎(VAP)。2017年,防污/抗菌留置气管导管(ETTS)的市场规模估计为18.5亿美元,年增长率为6.6%,由于新冠肺炎和其他呼吸道疾病的爆发,市场规模可能会进一步增长。新冠肺炎超过50%的死亡可归因于由继发性医疗保健获得性感染引起的急性呼吸窘迫综合征,如呼吸机相关性肺炎。不幸的是,用于通风的ETT不能防止细菌在其表面沉积(生物污垢)。到目前为止,只有一种FDA批准的抗菌药ETT没有将污垢作为VAP的根本原因,这一关键问题没有得到解决。这项拟议的技术推动了具有新型涂层的ETT的开发,并有可能用于其他留置生物医疗设备,包括尿路、中心静脉和血液透析导管(预计到2026年市场规模:777亿美元)。这项技术将感染率降低约10%,可以预防170万例医疗保健获得性感染,在美国每年挽救9.9万人的生命和280亿至450亿美元的相关成本。这项技术还将支持抗微生物与表面相互作用的研究。这个SBIR第一阶段项目建议建立双子座表面活性剂启发的涂层在ETT上的可行性,以降低新冠肺炎死亡率。目前防止ETT生物结垢的方法包括掺入具有生物杀伤性的Ag+离子或在表面沉积类似于传统表面活性剂的亲水性聚合物。然而,这种生物杀菌剂释放涂层释放出具有细胞毒性和遗传毒性的Ag+离子,并受到活性物质逐渐耗尽的影响。同时,聚合物还受到其骨架上固有的疏水性区域和传统“母体”表面活性剂的低表面活性的限制。该项目将推进新型防污涂料的开发,将功能强大的双子表面活性剂的结构元素与硅烷化的分子精确和耐用的表面改性技术相结合,显示出比传统同类产品高出数量级的表面活性。通过模仿Gemini表面活性剂的结构,通过硅烷化将多个离子“头”基团结合到涂层中,相对于传统的防污涂层,亲水性和防污/抗菌性能将大大提高。该奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的智力优势和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

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