Materialeoverfladen efterligner naturlige antimikrobielle overflader ved at binde og bryde bakterieceller op

En kraftfuld løsning på den globale spredning af antimikrobiel resistens kan snart blive tilgængelig, takket være A*STAR-forskere, som er kommet med et fysisk og grønt alternativ til biokemisk aktive antibakterielle midler.

Overføres typisk ved kontakt med forurenede overflader, bakterielle infektioner udgør alvorlige helbredstrusler i medicinske omgivelser. Små molekylære antibakterielle midler, som er almindeligt anvendt i antiseptika, desinfektionsmidler, og konserveringsmidler, og andre forbrugerplejeprodukter, kan forhindre krydsinfektion ved at udslette bakterier på ofte berørte overflader. Imidlertid, deres overforbrug bidrager til antimikrobiel resistens. Disse giftige og persistente stoffer kan også skade miljøet ved at forstyrre jordens økologiske balance og bringe vandlevende liv i fare.

Som svar på dette, Yugen Zhang og Yuan Yuan, fra Institut for Bioteknik og Nanoteknologi har udviklet nanostrukturerede overflader, der ødelægger bakterier gennem fysiske, snarere end biokemiske interaktioner¹. Disse overflader efterligner de antimikrobielle mønstre dannet af ultrasmå søjler på cikadevinger. "Ud over at være ren og sikker, denne teknologi kræver ikke eksternt anvendte kemikalier, " siger Zhang.

Forskerne tilføjede en zinkbaseret løsning til forskellige overflader, inklusive gummi, glas, træ, og metalfolie, derefter nedsænket overfladerne i en vandig opløsning indeholdende aminrig 2-methylimidazol for at danne en såkaldt zeolitisk imidazolat-rammebelægning. Belægningen bestod af en række små, positivt ladede dolklignende krystaller, der voksede vinkelret på substraterne.

"Vi brugte billige materialer og en enkel metode til at skabe denne nano-dolk struktur på forskellige typer overflader, " siger Zhang og bemærker, at hans team var nødt til at prøve adskillige formler, før de fandt de rigtige vækstbetingelser.

Uanset det belagte underlag, nano-dolk-arrayerne dræbte effektivt de antibiotika-resistente bakterier Escherichia coli og Staphylococcus aureus samt svampen Candida albicans, demonstrerer deres brede anvendelighed. De beholdt også deres antibakterielle aktivitet, når de blev udsat fire på hinanden følgende gange for E. coli over to måneder, bevise deres holdbarhed.

Ifølge Zhang, de positive ladninger placeret på nanodolkene tiltrækker først bakterieceller, der bærer negativt ladede membraner, får dem til at klæbe til den coatede overflade. Næste, de skarpe nano-dolkspidser river cellemembranerne op gennem elektrostatiske og tyngdekræfter.

"Vi er virkelig begejstrede for den fremragende bakteriedræbende egenskab ved denne teknologi og tror på, at den vil have en bred vifte af anvendelser i det virkelige liv, " siger Zhang. Hans team arbejder i øjeblikket på at udvikle nano-dolk overfladeprototyper og andre antimikrobielle nanomønstrede overflader ved hjælp af forskellige materialer.