Bakterienedbrydende insektvinger inspirerer til ny antibakteriel emballage

Inspireret af de bakteriedræbende vinger fra insekter som cikader, har forskere udviklet en naturlig antibakteriel tekstur til brug på fødevareemballage for at forbedre holdbarheden og reducere spild. Den laboratoriefremstillede nanotekstur fra et australsk-japansk hold af forskere dræber op til 70 % af bakterierne og bevarer sin effektivitet, når den overføres til plastik.

Mere end 30 % af de fødevarer, der produceres til konsum, bliver til affald, og hele forsendelser afvises, hvis der opdages bakterievækst. Forskningen sætter scenen for markant at reducere spild, især inden for eksport af kød og mejeriprodukter, samt forlænge holdbarheden og forbedre kvaliteten, sikkerheden og integriteten af ​​emballerede fødevarer i industriel skala.

Den fremtrædende professor Elena Ivanova fra RMIT University sagde, at forskerholdet med succes havde anvendt et naturligt fænomen på et syntetisk materiale - plast. "Eliminering af bakteriel kontaminering er et stort skridt i at forlænge holdbarheden af ​​fødevarer," sagde hun.

"Vi vidste, at vingerne på cikader og guldsmede var yderst effektive bakteriedræbere og kunne hjælpe med at inspirere til en løsning, men at kopiere naturen er altid en udfordring. Vi har nu skabt en nanoteksturering, der efterligner den bakterie-ødelæggende effekt af insektvinger og bevarer sin antibakterielle virkning. strøm, når det er trykt på plastik. Dette er et stort skridt mod en naturlig, ikke-kemisk, antibakteriel emballageløsning til fødevare- og fremstillingsindustrien."

Forskningen, offentliggjort i ACS Applied Nano Materials, er et samarbejde mellem RMIT, Tokyo Metropolitan University og Mitsubishi Chemicals The KAITEKI Institute. I 2015 eksporterede Australien 3,1 milliarder USD i fødevare- og landbrugseksport til Japan, hvilket gør det til den 5. største eksportør af sådanne produkter til landet.

Sådan fungerer det

Guldsmede- og cikadevinger er dækket af en bred vifte af nanopiller - afstumpede pigge af lignende størrelse som bakterieceller. Når bakterier sætter sig på en vinge, trækker mønstret af nanopiller cellerne fra hinanden, sprænger deres membraner og dræber dem. "Det er som at strække en latexhandske," sagde Ivanova. "Når det langsomt strækkes, vil det svageste punkt i latexen blive tyndere og til sidst rive."

Ivanovas team udviklede deres nanotekstur ved at replikere insekters nanopiller og udvikle deres egne nanomønstre. For at vurdere mønsterets antibakterielle evne blev bakterieceller overvåget på RMITs verdensklasse mikroskopi- og mikroanalysefacilitet. De bedste antibakterielle mønstre blev delt med Japan-teamet, som udviklede en måde at reproducere mønstrene på plastikpolymer.

Tilbage i Australien testede Ivanovas team plastiknanomønstrene og fandt det, der bedst replikerede insektvinger, men som også er nemmest at fremstille og skalere op. Ivanova sagde, at det var vanskeligere at håndtere plast end andre materialer som silicium og metaller på grund af dets fleksibilitet. "Nanotekstureringen, der er skabt i denne undersøgelse, holder sin egen, når den bruges i stift plast. Vores næste udfordring er at tilpasse den til brug på blødere plast," sagde hun.

Siden Ivanova og hendes kolleger opdagede den bakteriedræbende natur af insektvinger for et årti siden, har de arbejdet på at designe det optimale nanomønster til at udnytte insekters bakteriedræbende kræfter og bruge det på en række materialer. Indtil for nylig var det vanskeligt at finde passende teknologi til at reproducere denne nanoteksturering i en skala, der er egnet til fremstilling.

Men nu findes der teknologi til at opskalere og anvende antibakterielle egenskaber på emballage, blandt en række andre potentielle anvendelser, som f.eks. personlige værnemidler.

Deres nye forskning bygger på en undersøgelse fra 2020 i at bruge insekt-inspirerede nanomaterialer til at bekæmpe superbugs. Holdet er ivrige efter at samarbejde med potentielle partnere i den næste fase af forskningen - opskalering af teknologien og fastlæggelse af de bedste måder at massefremstille den antibakterielle emballage på. + Udforsk yderligere

Insektvinger inspirerer til nye måder at bekæmpe superbugs på