Bacteriën houden ervan om oppervlakken in je lichaam te koloniseren, maar ze hebben het moeilijk om voorbij je ruige te komen, zoute huid. Operaties om medische hulpmiddelen te implanteren geven dergelijke bacteriën vaak de kans die nodig is om de lichaamsholte binnen te dringen, waardoor de implantaten zelf kunnen fungeren als een ideaal groeioppervlak voor biofilms.

Een groep onderzoekers van het Shanghai Institute of Ceramics in de Chinese Academie van Wetenschappen probeert deze gevaarlijke onderhuidse infecties te bestrijden door je nieuwe heup of knieschijf te upgraden op een manier die sinds de oudheid wordt gewaardeerd - door goud toe te voegen. Ze beschrijven de resultaten van tests met een nieuw antibacterieel materiaal dat ze hebben ontwikkeld op basis van gouden nanodeeltjes in het tijdschrift Technische Natuurkunde Brieven .

"Implantaatgerelateerde infecties zijn een hardnekkig probleem geworden dat vaak leidt tot mislukte operaties, " zei Xuanyong Liu, de primaire onderzoeker van het team aan het Shanghai Institute of Ceramics. Ontwerpen van implantaten die bacteriën kunnen doden en tegelijkertijd botgroei ondersteunen, Liu zei, is een efficiënte manier om in vivo osteo-integratie te verbeteren.

Titaandioxide is in staat om zelf bacteriën te doden vanwege zijn eigenschappen als fotokatalysator. Wanneer het metaal wordt blootgesteld aan licht, het wordt energetisch opgewonden door fotonen te absorberen. Dit genereert elektron-gatparen, titania veranderen in een krachtige elektronenacceptor die cellulaire membraanprocessen kan destabiliseren door de terminale acceptor van hun elektronentransportketen toe te eigenen. Het membraan wordt geleidelijk gedestabiliseerd door deze diefstal, waardoor de cel uitlekt totdat deze sterft.

De donkere omstandigheden in het menselijk lichaam, echter, de bacteriedodende werkzaamheid van titaniumdioxide te beperken. Gouden nanodeeltjes, Hoewel, kan blijven werken als antibacteriële terminale elektronenacceptoren onder duisternis, vanwege een fenomeen dat gelokaliseerde oppervlakteplasmonresonantie wordt genoemd. Oppervlakteplasmonen zijn collectieve oscillaties van elektronen die optreden op het grensvlak tussen geleiders en diëlektrica, zoals tussen goud en titaniumdioxide. De gelokaliseerde elektronenoscillaties op nanoschaal zorgen ervoor dat de gouden nanodeeltjes opgewonden raken en elektronen doorgeven aan het titaniumdioxide-oppervlak, waardoor de deeltjes elektronenacceptoren worden.

Liu en zijn team hebben titanium elektrochemisch geanodiseerd om titaandioxide-nanobuisjes te vormen, en vervolgens de arrays verder afgezet met gouden nanodeeltjes in een proces dat magnetronsputteren wordt genoemd. De onderzoekers lieten Staphylococcus aureus en Escherichia coli vervolgens afzonderlijk op de arrays groeien - beide organismen waren zeer onsuccesvol, vertonen overvloedige membraanschade en cellekkage.

Hoewel zilvernanodeeltjes eerder zijn onderzocht als een antibacterieel middel voor in vivo transplantaties, ze veroorzaken significante bijwerkingen zoals cytotoxiciteit en orgaanschade, overwegende dat goud veel chemisch stabieler is, en dus meer biocompatibel.

"De bevindingen kunnen nieuwe inzichten opleveren voor het beter ontwerpen van antibacteriële toepassingen op basis van nanodeeltjes van edelmetaal, ' zei Liu.