Antibioticaresistente bacteriën die oppervlakken en medische apparatuur koloniseren, zorgen voor een alarmerende jaarlijkse stijging van het aantal geïnfecteerde patiënten in ziekenhuizen en klinieken. Een KAUST-team werkt eraan om deze aantallen te verminderen met een slim polymeer dat van kleur verandert en natuurlijke antimicrobiële enzymen activeert wanneer bacteriële besmetting wordt gedetecteerd.

Constante blootstelling aan speekselbacteriën maakt tandheelkundige instrumenten, zoals herbruikbare röntgenbeeldverwerkingsplaten, ideale omgevingen voor virulente biofilms. Een oplossing voor dit probleem is om apparaten te coaten met polymeren die zijn ingebed met kristallen op nanoschaal die langzaam zilverionen afgeven. een breed-spectrum biocide middel. Echter, uitdagingen met uitloging van nanodeeltjes, hebben de vooruitgang van deze technologie gedwarsboomd.

Universitair hoofddocent Niveen Khashab, haar doctoraat student Shahad Alsaiari en collega's van het Advanced Membranes and Porous Materials Center van de universiteit realiseerden zich dat het overschakelen naar gouden nanodeeltjes antimicrobiële coatingsdetectiemogelijkheden zou kunnen geven - deze kleine kristallen hebben gevoelige optische eigenschappen die kunnen worden afgestemd om specifieke biomoleculaire interacties te detecteren. Maar om ze veilig in polymeren te verwerken, waren nieuwe soorten nanovulstoffen nodig.

"Nanofillers zijn kleine chemische middelen die verspreid zijn in de matrix van een polymeercomposiet, " legde Khashab uit. "Het zijn dopingmiddelen, dus verbeteren ze het reguliere materiaal en introduceren ze nieuwe eigenschappen - in ons geval waardoor de coating antibacterieel is."

De aanpak van het team maakt gebruik van gouden nanoclusters die zijn behandeld met lysozyme-enzymen die een aangeboren afweer hebben tegen pathogenen, zoals Escherichia coli, algemeen bekend als E. coli. Ze bevestigden deze colloïden aan het oppervlak van iets grotere, poreuze silica nanodeeltjes gevuld met antibiotische medicijnmoleculen.

Normaal gesproken, dit goud-silica complex straalt gloeiende, rood fluorescerend licht. Maar wanneer de lysozym-eenheden bacteriën tegenkomen, een sterke aantrekkingskracht op celwanden scheurt de gouden nanoclusters van hun silica-partners - een actie die tegelijkertijd de fluorescentie uitschakelt en de antibioticalading vrijgeeft.

Mengexperimenten onthulden dat de op goud gebaseerde nanovulstoffen grondig waren geïntegreerd in polymeercomposieten en minimale uitloging vertoonden tijdens proeven met E. coli. Khashab schrijft deze gunstige polymeerinteracties toe aan de scherpe blootgestelde randen van gouden clusters op de silicabollen

De onderzoekers testten hun concept door röntgentandplaten met en zonder de slimme polymeercoating te vergelijken. Beide monsters leverden dezelfde afbeeldingen met hoge resolutie op van tanden en botstructuur. Echter, alleen de gecoate plaat maakte een snelle visuele beoordeling van bacteriële besmetting mogelijk, simpelweg door het apparaat te verlichten met een UV-lamp en te zoeken naar kleurverandering. Succesvolle afgifte van het antibacteriële middel verminderde ook drastisch de opbouw van biofilm.

"Het proces van coaten is eenvoudig, " merkte Khashab op. "We kijken naar het verbeteren van deze technologie om andere medische apparaten van verschillende groottes en vormen op te nemen."