Tijdens hun reis van de open velden naar de productdisplays in supermarkten, verse groenten en fruit kunnen soms besmet raken door micro-organismen. Deze items kunnen dan andere producten bederven, het verder verspreiden van de besmetting en het vergroten van het aantal voedingsmiddelen dat ziektes kan veroorzaken.

Om kruisbesmetting tussen versproducten te voorkomen, onderzoekers van de Texas A&M University hebben een coating gemaakt die kan worden aangebracht op oppervlakken die in contact komen met voedsel, zoals transportbanden, rollen en opvangbakken. Naast kiemdodend, de onderzoekers hebben hun coating extreem waterafstotend ontworpen. De onderzoekers zeiden zonder water, bacteriën kunnen niet plakken of zich vermenigvuldigen op oppervlakken, waardoor de besmetting van het ene product naar het andere drastisch wordt teruggedrongen.

"Het consumeren van besmet rauw voedsel zorgt ervoor dat jaarlijks honderden mensen ziek worden, en dus is voedselbesmetting niet alleen een groot gezondheidsrisico, maar ook een aanzienlijke economische last, " zei Mustafa Akbulut, universitair hoofddocent bij de Artie McFerrin-afdeling Chemische Technologie. "In onze studie we laten zien dat onze nieuwe coating met twee functies - een die bacteriën zowel kan afstoten als doden - de verspreiding van bacteriën sterk kan verminderen, kruisbesmetting voorkomen."

De resultaten van het onderzoek staan ​​in het februarinummer van het tijdschrift ACS toegepaste materialen en interfaces .

Door voedsel overgedragen ziekten kunnen worden veroorzaakt door een hele zwerm pathogenen, waaronder meerdere stammen van virussen en bacteriën. Om eventuele infecties na de oogst te verhelpen, verse producten worden over het algemeen gewassen en vervolgens ontsmet met krachtige antimicrobiële middelen, zoals waterstofperoxide of azijnzuur.

Echter, bacteriën kunnen nog steeds ongedeerd ontsnappen als ze zich op moeilijk bereikbare plaatsen op de schil van groenten en fruit kunnen verstoppen. Ook, als het aantal bacteriën groot genoeg is, ze kunnen beschermende omhulsels vormen, biofilms genoemd, die hen verder beschermen tegen de werking van ontsmettingsmiddelen.

Verontreinigde producten kunnen de ziekteverwekkers rechtstreeks, door andere etenswaren aan te raken, of indirect, via voedselcontactoppervlakken. Momenteel, er zijn verschillende manieren om indirecte overdracht te voorkomen, variërend van antimicrobiële oppervlaktecoatings tot aangroeiwerende polymeeroppervlakken die fungeren als veren om bacteriën weg te duwen. Maar de onderzoekers zeiden dat deze benaderingen, hoewel aanvankelijk efficiënt, kunnen om verschillende redenen hun effecten na verloop van tijd verliezen.

Om de obstakels van de huidige technologieën te overwinnen, Akbulut en zijn team gingen verder met het creëren van een antimicrobiële oppervlaktecoating die ook extreem hydrofoob is. Ze merkten op dat de waterafstotende eigenschap van de coating ervoor kan zorgen dat oppervlakken die in contact komen met voedsel hun kiemdodende werking veel langer behouden.

"De meeste bacteriën kunnen alleen overleven in een waterige omgeving, " zei Akbulut. "Als oppervlakken superhydrofoob zijn, dan water, en samen met het zullen de meeste bacteriën worden afgestoten. Met minder bacteriën in de buurt, er worden minder kiemdodende middelen gebruikt, het verhogen van de totale levensduur van de coating."

Om hun dual-function coating te maken, Akbulut en zijn team begonnen met een aluminium plaat, een metaal dat veel wordt gebruikt in de voedingsindustrie voor contactoppervlakken. Op het oppervlak van het metaal, ze maakten chemisch een dunne laag van een verbinding genaamd silica vast met behulp van hoge hitte. Vervolgens, met deze laag als ondergrond, ze voegden een mengsel toe van silica en een van nature voorkomend kiemdodend eiwit dat voorkomt in tranen en eiwit, lysozyme genaamd.

Samen, de silica-aluminiumlaag gebonden aan de silica-lysozymlaag vormde een coating die op microscopische schaal een ruwe textuur had. De onderzoekers merkten op dat deze submicroscopische ruwheid, of de kleine bultjes en spleten op de coating, is de sleutel tot superhydrofobiciteit.

"In het algemeen, als je de ruwheid verhoogt, de hydrofobiciteit van een materiaal neemt toe, maar er is een grens, " zei Shuhao Liu, een afgestudeerde student aan het College of Engineering en de primaire auteur van de studie. "Als de coating te ruw is, bacteriën kunnen zich weer achter spleten verschuilen en besmetten. Dus, we hebben het aandeel silica en lysozym aangepast zodat de ruwheid de best mogelijke hydrofobiciteit opleverde zonder de algehele functie van de coating in gevaar te brengen."

Wanneer hun superhydrofobe, met lysozyme doordrenkte coating was verfijnd en klaar, de onderzoekers testten of het effectief was in het afremmen van de groei van twee stammen van ziekteverwekkende bacteriën, Salmonella typhimurium en Listeria innocua. Bij onderzoek, ze ontdekten dat het aantal bacteriën op deze oppervlakken 99,99% lager was dan op kale oppervlakken.

Ondanks de hoge werkzaamheid van hun coating bij het voorkomen van bacteriële verspreiding, de onderzoekers zeiden dat er meer onderzoek nodig is om te bepalen of de coating even goed werkt voor het verminderen van virale kruisbesmetting. Hoewel duurzamer dan andere coatings, ze merkten op dat ook hun coating na een bepaalde hoeveelheid gebruik opnieuw zou moeten worden aangebracht. Dus, als volgende stap, Akbulut en zijn team werken aan de ontwikkeling van meer permanente, coatings met dubbele functionaliteit.

"Ons doel is om slimme oppervlakken te creëren die kunnen voorkomen dat elke soort ziekteverwekker zich hecht en zich vermenigvuldigt, " zei Akbulut. "In dit opzicht, we hebben oppervlaktecoatings ontwikkeld die kunnen voorkomen dat bacteriën zich op oppervlakken verzamelen, wat een van de belangrijkste redenen is voor kruisbesmetting. We werken nu samen met onderzoekers in de landbouw om onze uitvinding van de bank naar de praktijk te brengen."