En ny mekanisme forbedrer effektiviteten af ​​antibakterielle overflader

Resistens over for antibiotika er blevet et alvorligt folkesundhedsproblem. Hospitalsinfektioner, proteser eller kirurgiske implantater, der bliver inficeret og ikke reagerer på behandling, er en reel udfordring for forskningsmiljøet, som har søgt alternativer til effektivt at fjerne disse bakterier i årevis. I 2012 forskerne fra Institut for Kemiteknik ved Universitat Rovira i Virgili, Vladimir Baulin og Sergey Pogodin, åbnede en forskningslinje for at udvikle antibakterielle modeller, der var inspireret af insekter. vingerne af, for eksempel, guldsmede er opbygget af komplekse strukturer af nanometriske geometriske former, som er yderst effektive til at dræbe bakterier. I deres forsøg på at forstå disse former og reproducere dem som nye antibakterielle materialer, et hold bestående af Vladimir Baulin, Marc Werner, fra Leibniz-Institut für Polymerforschung (Dresden, Tyskland) og Elena Ivanova fra det australske universitet RMIT, opdaget, at elasticiteten af ​​nanopiller er en nøglefaktor, fordi de kan fastholde og frigive tilstrækkelig energi til at dræbe bakterierne.

Forskningslinjen, der var blevet påbegyndt år før, havde allerede fundet ud af, at vingerne på disse insekter består af en struktur af nanopillarer, der eliminerer bakterier mekanisk, som er kendt som biocideffekten. Disse mekano-baktericide egenskaber - hvorved bakterier dræbes næsten øjeblikkeligt, når de kommer i kontakt med søjlerne uden behov for at bruge et kemisk stof - rejser adskillige spørgsmål, som forskere forsøger at besvare ved at eksperimentere med forskellige former og geometrier, der vil hjælpe dem at forstå, hvad der har den mest effektive bakteriedræbende effekt.

De undersøgte den bakteriedræbende kapacitet på nanometriske overflader ved at variere højden af ​​søjlerne og holde de øvrige dimensioner konstante. Resultaterne, som netop er blevet offentliggjort i tidsskriftet PNAS , har vist, at fleksibiliteten af ​​disse søjler er tæt forbundet med deres udseende. "Selv de solide og stive materialer bliver fleksible, hvis en af ​​dimensionerne er meget længere end de andre (f.eks. en guitarstreng eller en lang søjle), " siger Vladimir Baulin. Forskerne har udviklet en fysisk model, der viser, at når bakterier kommer i kontakt med disse søjler, kan de akkumulere elastisk energi selv i så lille skala. Takket være denne model er det nu muligt at beregne den elastiske reaktion af andre strukturerer og optimerer deres antibakterielle egenskaber.

Søjlens deformationskræfter forårsaget af bakteriernes kontakt er så høje, at de endda kan bryde bakteriens cellevæg, dermed en ny mekanisme til at dræbe dem. Disse kræfter er forbundet med overfladespændinger påført bakteriecellerne. Søjlerne under bakterierne, der nærmer sig, strækker sig mere i kanterne, hvorimod søjlerne placeret under midten af ​​bakterierne praktisk talt ikke ændrer sig. Undersøgelsen viser, derefter, at den gradvise variation i højden af ​​søjlerne på en nanometrisk overflade kan bestemme deres bakteriedræbende virkning.

Denne opdagelse kan føre til en helt ny klasse af antibakterielle materialer, som kunne spænde fra emballage til fødevarer til filtre eller masker. I modsætning til traditionelle filtre, hvor bakterierne forbliver, men ikke deaktiveres, det nye elastiske materiale i nanoskala kan sikkert dræbe bakterierne i løbet af få minutter, hvilket betyder, at de ikke kan aktivere nogen forsvarsmekanismer eller give nogen modstand overhovedet, " konkluderede Baulin.