Forskere udvikler mikrobobler til at ødelægge farlige biofilm

Stive mikrobielle film dækker ofte medicinsk udstyr, husholdningsartikler og infrastruktur såsom indersiden af ​​vandforsyningsrør, og kan føre til farlige infektioner. Forskere har udviklet et system, der udnytter boblernes kraft til at drive små partikler gennem overfladerne af disse hårde film og levere et antiseptisk dødsstød til mikroberne, der lever indeni.

Biofilm er slimede kolonier af mikrober, der holdes sammen af ​​interne stilladser, klamrer sig til noget, de rører ved. Omkring 80 procent af alle medicinske infektioner stammer fra biofilm, der invaderer den indre funktion af hospitalsudstyr og implantater inde i patienter. Udryddelse er vanskelig, fordi traditionelle desinfektionsmidler og antibiotika ikke effektivt kan trænge ind i en biofilms hårde overflade, sagde forskerne.

I journalen Anvendte materialer og grænseflader , et team ledet af forskere ved University of Illinois i Urbana-Champaign beskriver, hvordan de brugte kiselalger-de små algernes skeletter-fyldt med et iltgenererende kemikalie til at ødelægge mikrober.

"De fleste af os får de sorte eller gule pletter i vores brusere derhjemme, " sagde medforfatter Hyunjoon Kong, en professor i kemisk og biomolekylær ingeniørvidenskab og en Carle Illinois College of Medicine tilknyttet. "De pletter er biofilm, og de fleste af os ved, at det kræver meget energi at skrubbe dem væk. Forestil dig at prøve at gøre dette inde i det lukkede rum af slangen til et medicinsk udstyr eller implantat. Det ville være meget svært."

Ser til naturen og grundlæggende mekanik efter en løsning, forskerne udviklede et system, der bruger naturligt rigelige diatomer sammen med brintoverilte og bittesmå iltgenererende plader af forbindelsen manganoxid.

"Vi kunne have fremstillet en partikel ved hjælp af 3D-printere, men heldigvis gav naturen os allerede en billig og rigelig mulighed i diatomer, "sagde medforfatter og postdoktorforsker Yongbeom Seo." Diatoméarten vi valgte er hul, meget porøs og stavformet, giver en masse overfladeareal for boblerne at danne og en kanal for boblerne at undslippe."

Den kemiske reaktion mellem hydrogenperoxid og manganoxid nanosheets finder sted i det tomme rum inde i kiselalderen. Resultatet er en opblomstring af mikrobobler, der strømmer gennem den lille kanal, at drive de stive kiselalger fremad med tilstrækkelig kraft til at bryde overfladen og den indre struktur af biofilmene, sagde forskerne.

"Vi dopper partiklerne med nanosider af manganoxid, bland dem derefter med hydrogenperoxid og påfør det på overfladen af ​​biofilmen, " sagde Kong. "Når kiselalgene bryder igennem til biofilmens indre struktur, de fortsætter med at udvise bobler og letter indtrængen af ​​hydrogenperoxid, som er et effektivt desinfektionsmiddel mod bakterier og svampe. "

Forskerne mener, at deres succes er et resultat af en beslutning om at fokusere på de mekaniske aspekter af biofilmødelæggelse, ikke de kemiske aspekter ved simpelthen at dræbe mikrober.

"Vi er nået frem til en mekanistisk løsning på dette problem, og mulighederne for denne teknologi er uendelige, " sagde medforfatter Simon Rogers, professor i kemisk og biomolekylær teknik. "Vi diskuterer vores forskning med klinikere, der har mange spændende ideer til, hvordan man bruger dette system, som vi ikke engang tænkte på oprindeligt, såsom fjernelse af tandplak."