Dette modificerede rustfri stål kan dræbe bakterier uden antibiotika eller kemikalier

En elektrokemisk proces udviklet på Georgia Tech kunne tilbyde ny beskyttelse mod bakterielle infektioner uden at bidrage til voksende antibiotikaresistens.

Tilgangen drager fordel af kobbers naturlige antibakterielle egenskaber og skaber utroligt små nålelignende strukturer på overfladen af ​​rustfrit stål for at dræbe skadelige bakterier som E. coli og Staphylococcus. Det er praktisk og billigt, og det kan reducere behovet for kemikalier og antibiotika på hospitaler, køkkener og andre steder, hvor overfladekontamination kan føre til alvorlig sygdom.

Det kunne også redde liv:En global undersøgelse af lægemiddelresistente infektioner viste, at de direkte dræbte 1,27 millioner mennesker i 2019 og bidrog til næsten 5 millioner andre dødsfald – hvilket gør disse infektioner til en af ​​de førende dødsårsager for alle aldersgrupper.

Forskere beskrev kobber-rustfrit stål og dets effektivitet 20. maj i tidsskriftet Small .

"At dræbe Gram-positive bakterier uden kemikalier er forholdsvis let, men at tackle gram-negative bakterier udgør en betydelig udfordring på grund af deres tykke, flerlagede cellemembran. Og hvis disse bakterier fortsætter på overflader, kan de vokse hurtigt," sagde Anuja Tripathi, den studiets hovedforfatter og postdoc ved School of Chemical and Biomolecular Engineering. "Jeg havde som mål at udvikle en antibiotikafri bakteriedræbende overflade, der var effektiv mod gramnegative og grampositive bakterier."

Tripathi og hendes kolleger—William R. McLain professor Julie Champion og tidligere ph.d. studerende Jaeyoung Park og Thomas Pho – producerede et en-to-slag, der overvinder disse udfordringer og ikke hjælper bakterier med at udvikle resistens over for lægemidler.

Holdet udviklede først en elektrokemisk metode til at ætse overfladen af ​​rustfrit stål, hvilket skaber nålelignende strukturer i nanostørrelse på overfladen, der kan punktere bakteriers cellemembraner. Derefter, med en anden elektrokemisk proces, afsatte forskerne kobberioner på stålets overflade.

Kobber interagerer med cellemembranerne og kompromitterer dem i sidste ende.

"Det nanoteksturerede rustfri stål kan dræbe både Gram-negative og Gram-positive bakterier, men vi ønskede at forbedre den antibakterielle aktivitet for overflader, der kan være stærkt forurenede," sagde Tripathi. "Kobberbelægningen på det nanoteksturerede rustfri stål gav os meget høj antibakteriel aktivitet."

På trods af kobbers kendte antibakterielle egenskaber, er det ikke meget brugt til at bekæmpe overfladeforurening, fordi det er dyrt. Tripathis tilgang afsætter kun et tyndt lag kobberioner på det rustfri stål, så det er omkostningseffektivt uden at kompromittere materialets antibakterielle aktivitet.

Tilsammen resulterede de dobbelte angreb i 97 % reduktion af Gram-negative E. coli og 99 % reduktion i Gram-positive Staphylococcus epidermis-bakterier i gruppens undersøgelse.

Tripathi sagde, at rustfrit stål kunne bruges til almindelige værktøjer i medicinske omgivelser, der let tilsmudses, såsom saks eller pincet. Det kan bruges til dørhåndtag, trappegelændere og måske endda vaske – steder, hvor rustfrit stål ofte er det foretrukne materiale, og overfladebakterier er almindelige, især på hospitaler eller andre fælles omgivelser.

Den proces, hun og hendes kolleger udviklede, kunne også være nyttig i madservice. Tripathi sagde, at tilgangen ret let kunne inkorporeres i eksisterende industrielle processer, hvor forskellige elektrokemiske belægningsmetoder allerede er brugt til fødevareopbevaringsbeholdere i rustfrit stål.

Tripathi sagde, at fremtidigt arbejde vil undersøge, om det kobberbelagte, nanoteksturerede rustfri stål er effektivt mod andre typer celler, der er skadelige for menneskers sundhed. Hun er også interesseret i at undersøge, om stålet kan bruges til medicinske implantater for at hjælpe med at afværge infektioner.

Da det viste sig effektivt mod generende E. coli, er hun håbefuld.

"Ved at reflektere over et nyligt E. coli-udbrud i dagligvarebutikker i Calgary, Canada, var jeg især drevet i min forskning, idet jeg anerkendte den presserende relevans og betydning af at bekæmpe sådanne modstandsdygtige bakterier på overflader," sagde Tripathi. "De kan være svære at fjerne. Så hvis vi effektivt kan eliminere E. coli, har vi en god chance for at udrydde mange bakterier på overflader."

Flere oplysninger: Anuja Tripathi et al., Dobbelte antibakterielle egenskaber af kobberbelagt nanotekstureret rustfrit stål, lille (2024). DOI:10.1002/sml.202311546

Journaloplysninger: Lille

Leveret af Georgia Institute of Technology