Onderzoekers hebben een nieuwe techniek ontwikkeld om bacteriën binnen enkele seconden te doden met behulp van zeer poreuze gouden nanoschijven en licht, volgens een studie die vandaag is gepubliceerd in Optische materialen Express , een tijdschrift uitgegeven door The Optical Society. De methode zou ziekenhuizen op een dag kunnen helpen om een ​​aantal veelvoorkomende infecties te behandelen zonder antibiotica te gebruiken. die het risico op verspreiding van antibioticaresistentie kunnen helpen verminderen.

"We toonden aan dat alle bacteriën vrij snel werden gedood ... binnen 5 tot 25 seconden. Dat is een heel snel proces, " zei corresponderende auteur Wei-Chuan Shih, een professor op de afdeling elektrotechniek en computertechniek, Universiteit van Houston, Texas.

Wetenschappers creëren gouden nanodeeltjes in het laboratorium door goud op te lossen, het metaal reduceren tot kleinere en kleinere losgekoppelde stukken totdat de grootte in nanometers moet worden gemeten. Een nanometer is gelijk aan een miljardste van een meter. Een mensenhaar is tussen de 50, 000 tot 100, 000 nanometer in diameter. Eenmaal geminiaturiseerd, de deeltjes kunnen in verschillende vormen worden gemaakt, waaronder staven, driehoeken of schijven.

Eerder onderzoek toont aan dat gouden nanodeeltjes licht sterk absorberen, het omzetten van de fotonen snel in warmte en het bereiken van temperaturen die hoog genoeg zijn om verschillende soorten nabijgelegen cellen te vernietigen - inclusief kanker- en bacteriële cellen.

In 2013, Shih en zijn collega's van de Universiteit van Houston creëerden een nieuw type gouden schijfachtige nanodeeltje met een diameter tot een paar honderd nanometer. De schijven zitten vol poriën, de deeltjes een sponsachtig uiterlijk geven dat helpt hun verwarmingsefficiëntie te verhogen terwijl ze hun stabiliteit behouden, zei Shih.

In het nieuwe werk de onderzoekers wilden de antimicrobiële eigenschappen van hun nieuwe nanodeeltjes testen wanneer ze door licht werden geactiveerd. Ze kweekten bacteriën in het laboratorium, waaronder: E coli en twee soorten hittebestendige bacteriën die zelfs in de meest brandende omgevingen gedijen, zoals de warmwaterbronnen van Yellowstone National Park.

Vervolgens, ze plaatsten de bacteriecellen op het oppervlak van een enkellaagse coating van de kleine schijven en schenen bijna-infraroodlicht van een laser erop. Nadien, ze gebruikten cellevensvatbaarheidstesten en SEM-beeldvorming om te zien welk percentage cellen de procedure overleefde.

Met behulp van een warmtebeeldcamera, het onderzoeksteam toonde aan dat de oppervlaktetemperatuur van de deeltjes bijna onmiddellijk temperaturen tot 180 graden Celsius bereikte, "het leveren van thermische schokken" in de omringende array. Als resultaat, alle bacteriecellen werden binnen 25 seconden gedood, melden de onderzoekers.

E coli bleek het meest kwetsbaar voor de behandeling; al zijn cellen waren dood na slechts vijf seconden laserbelichting. De andere twee soorten bacteriën hadden de volle 25 seconden nodig, maar dat is nog steeds veel sneller dan traditionele sterilisatiemethoden zoals kokend water of het gebruik van droge hete ovens, die minuten tot een uur kan duren om te werken, zei Shih. En het is "aanzienlijk korter" dan wat andere arrays van nanodeeltjes hebben aangetoond in recente studies, schrijven de onderzoekers. De tijd die nodig is om vergelijkbare niveaus van celdood te bereiken in die onderzoeken varieert van 1 tot 20 minuten.

In controleproeven, de onderzoekers ontdekten dat noch de gouden schijven, noch het licht van de laser alleen bijna evenveel cellen doodden.

De techniek heeft belangrijke potentiële biomedische toepassingen, zei Shih. Momenteel, de onderzoekers onderzoeken het gebruik van de deeltjes als een eenvoudige coating voor katheters om het aantal urineweginfecties in ziekenhuizen te helpen verminderen.

"Elke vorm van door licht geactiveerde procedure zou veel gemakkelijker te implementeren zijn aan het bed van een patiënt, " in plaats van de katheter te verwijderen en eventueel te vervangen telkens wanneer deze moet worden schoongemaakt, hij zei.

Een andere mogelijke toepassing die ze onderzoeken, is het integreren van de nanodeeltjes met filtermembranen in kleine waterfilters, hij zei, om de waterkwaliteit te helpen verbeteren.