Tilgangen baner vejen for en ny generation af antimikrobielle materialer

Forskere ved North Carolina State University har med succes inkorporeret "fotosensibilisatorer" i en række polymerer, giver disse materialer evnen til at gøre bakterier og vira inaktive ved kun at bruge omgivende oxygen og lys med synlig bølgelængde. Den nye tilgang åbner døren til en række nye produkter, der har til formål at reducere overførslen af ​​lægemiddelresistente patogener.

"Overførsel af antibiotika-resistente patogener, herunder såkaldte 'superbugs, ' udgør en væsentlig trussel mod folkesundheden, med millioner af medicinske tilfælde, der opstår hvert år alene i USA, " siger Reza Ghiladi, lektor i kemi ved NC State og medkorresponderende forfatter til et papir om arbejdet. "Mange af disse infektioner er forårsaget af overfladeoverførte patogener.

"Vores mål med dette arbejde var at udvikle materialer, der er selvsteriliserende, ugiftig og robust nok til praktisk brug. Og vi har haft succes."

"Der er blevet gjort meget arbejde for at udvikle fotosensibiliserende molekyler, der bruger energien fra synligt lys til at omdanne ilt i luften til biocidt 'singlet' oxygen, som effektivt slår hul i vira og bakterier, " siger Richard Spontak, fremtrædende professor i kemisk og biomolekylær ingeniørvidenskab, professor i materialevidenskab og ingeniørvidenskab ved NC State og co-korresponderende forfatter til papiret. "Der er ingen modstand mod denne handlemåde.

"Imidlertid, Hovedparten af ​​det tidligere arbejde på dette område er blevet udført ved hjælp af substrater – såsom cellulose – der ikke er praktiske til daglig brug på steder som hospitaler. Vores arbejde her går langt ud over det."

Den nye tilgang involverer at inkorporere fotosensibilisatorer i hydrofobe, semi-krystallinske elastomerer, som er vandtætte og mekanisk modstandsdygtige – samtidig med at de giver ilt adgang til fotosensibilisatorerne. Hvad mere er, fordelingen af ​​fotosensibilisatorer i materialet betyder, at det bevarer sine antimikrobielle egenskaber, selvom materialets overflade er ridset eller slidt væk.

"Dette papir fokuserer på en klasse af polymerer, men det er et grundlæggende proof of concept, der demonstrerer evnen til at sætte disse fotosensibilisatorer i en række robuste 'bløde' materialer uden at ofre funktionalitet, " siger Spontak. "Dette er toppen af ​​isbjerget."

I laboratorietest, forskerne fandt, at en fotosensibilisator-indlejret polymer inaktiverede mindst 99,89 procent af fem bakteriestammer – og 99,95 procent af to vira – når de blev udsat for lys i 60 minutter.

"Vi har også demonstreret, at vi kan fremstille disse materialer ved hjælp af kommercielt tilgængelige fotosensibilisatorer og polymerer i en forholdsvis enkel proces, " Ghiladi siger. "Dette gør bulk produktion både levedygtig og billigere end tidligere tilgange til at skabe fotosensibiliserende materialer.

"Vi leder i øjeblikket efter partnere til at arbejde sammen med os om forskning ved hjælp af disse materialer til at adressere patogener af national betydning, såsom Clostridium difficile, som er klassificeret som et 'hastende' fareniveau af CDC, og miltbrand."

"Og mens vi ønsker at forfølge applikationer i højteknologiske miljøer, såsom hospitaler, vi mener, at der er et enormt potentiale for at forbedre sundheden i fattige områder, " siger Spontak. "Hvis vi kan udvikle selvsteriliserende genstande, der hjælper med at begrænse spredningen af ​​sygdomme i områder med begrænsede medicinske ressourcer, vi kunne redde mange liv."

Papiret, "Fotodynamiske polymerer som omfattende anti-infektiøse materialer:at være på forkant med en voksende global trussel, " er offentliggjort i tidsskriftet ACS anvendte materialer og grænseflader .