Een onderzoeksteam van de Universiteit van Canterbury is weer een stap dichter bij de ontwikkeling van kiembestendige oppervlaktecoatings voor omgevingen zoals ziekenhuizen, na een onverwachte ontwikkeling in het lab.

Eenmaal in de handel verkrijgbaar, een antimicrobiële coating aangebracht op drukbezochte oppervlakken, zoals deurklinken, zal helpen om infecties die zich binnen ziekenhuizen verspreiden te minimaliseren.

Onderzoeksleider UC Professor Susan Krumdieck had gewerkt met titaniumoxide (TiO ₂ ), een bekende keramische verbinding, voor meer dan een decennium toen het element plotseling van vorm veranderde.

"TiO ₂ is beroemd helder wit of transparant, maar op een dag kwam de coating er helemaal zwart uit, " ze zegt.

"We hebben het aan de kant geschoven omdat we echt niet wisten wat er was gebeurd. Maar toen testten een paar niet-gegradueerde projectstudenten het op de zelfreinigende werking, en het was zo fotokatalytisch actief zonder enige UV-straling dat we wisten dat we iets nieuws hadden ontdekt."

TiO ₂ wordt gebruikt in zonnebrandmiddelen omdat het straling kan absorberen. Deze actie creëert energie, wat wordt uitgedrukt als zuurstofionen en zuurstofionen zijn dodelijk voor bacteriën. TiO ₂ is daarom ideaal voor gebruik op oppervlakken zoals deurklinken in omgevingen waar steriliteit een prioriteit is, zoals ziekenhuizen.

Professor Krumdieck pionierde de innovatieve coatingtechnologie tijdens haar Ph.D. aan de Universiteit van Colorado in Boulder, Verenigde Staten, en vervolgde haar onderzoek in Nieuw-Zeeland aan de UC, het winnen van een Marsden Fund-beurs om vacuümverwerking met gepulseerde druk te onderzoeken, die nog niet eerder in onderzoek of in de industrie waren gebruikt. Daarna volgde een competitieve financieringsbeurs met collega professor Mark Jermy om samen te werken met een topuniversiteit in Taiwan.

Echter, Professor Krumdieck en haar team van 14 interdisciplinaire UC-onderzoekers moesten nog twee uitdagingen overwinnen:hoe een TiO te repareren ₂ coating op zoiets als een deurklink, en hoe je het activeert zonder UV-straling. De nieuwe zwarte TiO ₂ hield de sleutel tot beide.

Onderzoeksmedewerker Tim Kimmett van Callaghan Innovation hielp de puzzel op te lossen.

"We brachten een leuke wetenschapsdag door met spelen met de Scanning Electron Microscope en X-ray diffractometer en waren echt verbaasd over hoe anders dit materiaal was. We wisten dat er een nieuw materiaal was door de vreemde nanostructuren die we zagen, en natuurlijk de opvallende zwarte kleur, ' zegt professor Krumdieck.

Een paar maanden later kreeg professor Krumdieck een visiting researcher fellowship toegekend aan de Université Grenoble Alpes in Frankrijk en nam een ​​paar van de zwarte coatingmonsters mee. Onderzoekers van het SiMAP Institute waren geïntrigeerd dat het materiaal hetzelfde zou kunnen zijn als witte TiO ₂ volgens analyse, maar in plaats van de typische gladde piramidekristallen van TiO ₂ , het Franse team, onder leiding van professor Raphaël Boichot, ontdekte dat de kristallen nanogestructureerd waren op manieren die voorheen alleen mogelijk waren door hydrothermische groei van individuele nanodeeltjes.

"Professor Boichot suggereerde dat het materiaal antimicrobiële activiteit in zichtbaar licht zou kunnen hebben. Toen ik terugkwam bij UC, Ik had het geluk professor Jack Heinemann tegen te komen, een expert in microbiologie, en hij werkte met zijn studenten aan het opzetten van een toetssysteem, " zegt professor.

"Zowaar, de bacteriën maakten geen schijn van kans - zelfs niet na korte tijd in zichtbaar licht."

Zonder dat straling nodig is om de nieuwe vorm van TiO . te activeren ₂ en een gewijzigde nanostructuur waardoor de verbinding in coatings kan worden gefixeerd, de omstandigheden zijn goed voor het multidisciplinaire team om door te gaan met het ontwikkelen van commerciële toepassingen.

De UC-onderzoekers hebben met succes de zwarte coating op een deurklink aangebracht, en werken nu samen met verschillende bedrijven om de technische ontwikkelingswetenschap te voltooien die nodig is voor het ontwerpen en opschalen voor geavanceerde productie. Geïnteresseerde internationale bedrijven kijken naar de voortgang en hopen dat de zwarte TiO ₂ zal binnenkort ziektekiemen afweren op bedhekken en deurklinken van ziekenhuizen over de hele wereld.