Nanopartikler tager en bid af infektioner

Antibiotika-resistente bakterier, der koloniserer overflader og medicinsk udstyr, forårsager alarmerende årlige stigninger i antallet af patienter, der bliver smittet på hospitaler og klinikker. Et KAUST-team arbejder på at reducere disse tal med en smart polymer, der ændrer farve og aktiverer naturlige antimikrobielle enzymer, når bakteriel kontaminering opdages.

Konstant eksponering for spytbakterier gør tandværktøjer, såsom genanvendelige røntgenbilledplader, ideelle miljøer for virulente biofilm. En løsning på dette problem er at belægge enheder med polymerer indlejret med nanoskala krystaller, der langsomt frigiver sølvioner, et bredspektret biocidmiddel. Imidlertid, udfordringer med nanopartikeludvaskning, har forpurret udviklingen af ​​denne teknologi.

Lektor Niveen Khashab, hendes ph.d. studerende Shahad Alsaiari og kolleger fra universitetets center for avancerede membraner og porøse materialer indså, at skift til guldnanopartikler kunne give antimikrobielle belægninger detektionsevner - disse små krystaller har følsomme optiske egenskaber, der kan indstilles til at spotte specifikke biomolekylære interaktioner. Men at inkorporere dem sikkert i polymerer krævede nye typer nanofillers.

"Nanofillers er små kemiske midler fordelt i matrixen af ​​en polymerkomposit, " forklarede Khashab. "De er dopanter, så de forbedrer det almindelige materiale og introducerer nye egenskaber - i vores tilfælde, gør belægningen antibakteriel."

Holdets tilgang bruger guld nanoclusters behandlet med lysozymenzymer, der har medfødt forsvar mod patogener, såsom Escherichia coli, almindeligvis kendt som E. coli. De fastgjorde disse kolloider til overfladen af ​​lidt større, porøse silica nanopartikler fyldt med antibiotiske lægemiddelmolekyler.

Normalt, dette guld-silica kompleks udsender glødende, rødt fluorescerende lys. Men når lysozymenhederne støder på bakterier, en stærk tiltrækning af cellevægge river guld-nanoklyngerne fra deres silicapartnere - en handling, der samtidig slukker for fluorescens og frigiver antibiotikalasten.

Blandingseksperimenter afslørede de guldbaserede nanofyldstoffer integreret grundigt i polymerkompositter og udviste minimal udvaskning under forsøg med E. coli. Khashab tilskriver disse gunstige polymerinteraktioner de skarpe, blotlagte kanter af guldklynger på silicakuglerne

Forskerne testede deres koncept ved at sammenligne røntgentandplader med og uden den smarte polymerbelægning. Begge prøver gav de samme højopløselige billeder af tænder og knoglestruktur. Imidlertid, kun den belagte plade muliggjorde hurtig visuel vurdering af bakteriel kontaminering, blot ved at oplyse enheden med en UV-lampe og se efter farveændring. Vellykket frigivelse af det antibakterielle middel reducerede også drastisk biofilmopbygning.

"Belægningsprocessen er nem, " bemærkede Khashab. "Vi kigger på at forbedre denne teknologi til at omfatte andet medicinsk udstyr i forskellige størrelser og former."