Magnetische clusters van nanodeeltjes hebben de kracht om door biofilms te dringen om bacteriën te bereiken die waterbehandelingssystemen kunnen vervuilen, volgens wetenschappers van Rice University en de University of Science and Technology of China.

De nanoclusters die zijn ontwikkeld door Rice's Nanotechnology-Enabled Water Treatment (NEWT) Engineering Research Center, dragen bacteriofagen - virussen die bacteriën infecteren en zich verspreiden - en leveren ze af aan doelen die over het algemeen weerstand bieden aan chemische desinfectie.

Zonder de aantrekkingskracht van een magnetische gastheer, deze "fagen" verspreiden zich in oplossing, slagen er grotendeels niet in om biofilms binnen te dringen en bacteriën in oplossing te laten groeien en zelfs metaal te corroderen, een kostbaar probleem voor waterdistributiesystemen.

Het Rice-lab van milieu-ingenieur Pedro Alvarez en collega's in China ontwikkelde en testte clusters die de fagen immobiliseren. Een zwak magnetisch veld trekt ze in biofilms naar hun doelen.

Het onderzoek is gedetailleerd beschreven in de Royal Society of Chemistry's Milieukunde:Nano .

"Deze nieuwe benadering, die voortkomt uit de convergentie van nanotechnologie en virologie, heeft een groot potentieel om moeilijk uit te roeien biofilms op een effectieve manier te behandelen die geen schadelijke bijproducten van desinfectie genereert, ' zei Allvarez.

Biofilms kunnen gunstig zijn in sommige afvalwaterzuiverings- of industriële fermentatiereactoren vanwege hun verhoogde reactiesnelheden en weerstand tegen exogene spanningen, zei Rice afgestudeerde student en co-hoofdauteur Pingfeng Yu. "Echter, biofilms kunnen zeer schadelijk zijn in waterdistributie- en opslagsystemen, omdat ze pathogene micro-organismen kunnen beschermen die aanzienlijke volksgezondheidsproblemen vormen en ook kunnen bijdragen aan corrosie en daarmee samenhangende economische verliezen, " hij zei.

Het laboratorium gebruikte fagen die polyvalent zijn - in staat om meer dan één type bacteriën aan te vallen - om zich te richten op in het laboratorium gekweekte films die stammen van Escherichia coli bevatten die geassocieerd zijn met infectieziekten en Pseudomonas aeruginosa, die vatbaar is voor antibioticaresistentie.

De fagen werden gecombineerd met nanoclusters van koolstof, zwavel en ijzeroxide die verder werden gemodificeerd met aminogroepen. De aminocoating zorgde ervoor dat de fagen zich met de kop eerst aan de clusters binden, die hun besmettelijke staarten bloot lieten en bacteriën konden infecteren.

De onderzoekers gebruikten een relatief zwak magnetisch veld om de nanoclusters in de film te duwen en deze te verstoren. Afbeeldingen toonden aan dat ze effectief hebben gedood E coli en P. aeruginosa meer dan ongeveer 90 procent van de film in een testplaat met 96 putjes versus minder dan 40 procent in een plaat met alleen fagen.

De onderzoekers merkten op dat bacteriën nog steeds resistentie tegen fagen kunnen ontwikkelen, maar het vermogen om biofilms snel te verstoren zou dat moeilijker maken. Alvarez zei dat het laboratorium werkt aan faagcocktails die meerdere soorten fagen en/of antibiotica zouden combineren met de deeltjes om resistentie te remmen.