Ny teknik til hurtigt at dræbe bakterier ved hjælp af bittesmå guldskiver og lys

Forskere har udviklet en ny teknik til at dræbe bakterier på få sekunder ved hjælp af meget porøse guld nanodisketter og lys, ifølge en undersøgelse offentliggjort i dag i Express optiske materialer , et tidsskrift udgivet af The Optical Society. Metoden kunne en dag hjælpe hospitaler med at behandle nogle almindelige infektioner uden brug af antibiotika, hvilket kan hjælpe med at reducere risikoen for spredning af antibiotikaresistens.

"Vi viste, at alle bakterier blev dræbt ret hurtigt ... inden for 5 til 25 sekunder. Det er en meget hurtig proces, "sagde den tilsvarende forfatter Wei-Chuan Shih, professor i afdelingen for elektroteknik og computerteknik, University of Houston, Texas.

Forskere skaber guldnanopartikler i laboratoriet ved at opløse guld, reducere metallet til mindre og mindre frakoblede stykker, indtil størrelsen skal måles i nanometer. Et nanometer svarer til en milliarddel af en meter. Et menneskehår er mellem 50, 000 til 100, 000 nanometer i diameter. Når den er miniaturiseret, partiklerne kan udformes i forskellige former, herunder stænger, trekanter eller diske.

Tidligere forskning viser, at guld nanopartikler absorberer lys stærkt, hurtigt konverterer fotoner til varme og når temperaturer, der er varme nok til at ødelægge forskellige typer nærliggende celler - herunder kræft og bakterieceller.

I 2013, Shih og hans kolleger fra University of Houston skabte en ny type guldskivelignende nanopartikel, der måler et par hundrede nanometer i diameter. Diskene er fyldt med porer, giver partiklerne et svampelignende udseende, der hjælper med at øge deres opvarmningseffektivitet og samtidig bevare deres stabilitet, sagde Shih.

I det nye værk, forskerne satte sig for at teste de antimikrobielle egenskaber af deres nye nanopartikler, når de blev aktiveret af lys. De dyrkede bakterier i laboratoriet inklusive E coli og to typer varmebestandige bakterier, der trives i selv de mest brændende miljøer, såsom de varme kilder i Yellowstone National Park.

Derefter, de placerede bakteriecellerne på overfladen af ​​et enkeltlags belægning af de små diske og skinnede nær infrarødt lys fra en laser på dem. Bagefter, de brugte cellelevedygtighedstest og SEM -billeddannelse for at se, hvor stor en procentdel af celler, der overlevede proceduren.

Ved hjælp af et termisk billedkamera, forskergruppen viste, at overfladetemperaturen på partiklerne nåede temperaturer op til 180 grader Celsius næsten øjeblikkeligt, "leverer termiske stød" ind i det omgivende array. Som resultat, alle bakterieceller blev dræbt inden for 25 sekunder, rapporterer forskerne.

E coli vist sig mest sårbar over for behandlingen; alle dets celler var døde efter kun fem sekunders lasereksponering. De to andre typer bakterier krævede hele 25 sekunder, men det er stadig meget hurtigere end traditionelle steriliseringsmetoder såsom kogende vand eller brug af tørreovne, som kan tage minutter til en time at arbejde, sagde Shih. Og det er "betydeligt kortere" end hvad andre nanopartikelarrays har vist i nyere undersøgelser, skriver forskerne. Den tid, der er nødvendig for at opnå lignende niveauer af celledød i disse undersøgelser, spænder fra 1 til 20 minutter.

I kontrolforsøg, forskerne fandt ud af, at hverken guldskiverne eller lyset fra laseren alene dræbte næsten lige så mange celler.

Teknikken har vigtige potentielle biomedicinske anvendelser, sagde Shih. I øjeblikket, forskerne undersøger at bruge partiklerne som en simpel belægning til katetre for at hjælpe med at reducere antallet af urinvejsinfektioner på hospitaler.

"Enhver form for lysaktiveret procedure ville være meget lettere at implementere ved sengen af ​​en patient, "i stedet for at fjerne og potentielt udskifte kateteret hver gang det skal rengøres, han sagde.

En anden potentiel applikation, de undersøger, er at integrere nanopartiklerne med filtermembraner i små vandfiltre, han sagde, at hjælpe med at forbedre vandkvaliteten.