Een krachtige oplossing voor de wereldwijde verspreiding van antimicrobiële resistentie zou binnenkort beschikbaar kunnen komen, dankzij A*STAR-onderzoekers, die een fysiek en groen alternatief hebben bedacht voor biochemisch actieve antibacteriële middelen.

Meestal overgedragen door contact met besmette oppervlakken, bacteriële infecties vormen ernstige bedreigingen voor de gezondheid in medische omgevingen. Kleine moleculaire antibacteriële middelen, die vaak worden gebruikt in antiseptica, ontsmettingsmiddelen, en conserveermiddelen, en andere verzorgingsproducten voor de consument, kan kruisbesmetting voorkomen door bacteriën op vaak aangeraakte oppervlakken te vernietigen. Echter, hun overmatig gebruik draagt ​​bij aan antimicrobiële resistentie. Deze giftige en persistente stoffen kunnen ook schadelijk zijn voor het milieu door het ecologische evenwicht van de bodem te verstoren en het waterleven in gevaar te brengen.

In reactie hierop, Yugen Zhang en Yuan Yuan, van het Institute of Bioengineering and Nanotechnology hebben nanogestructureerde oppervlakken ontwikkeld die bacteriën vernietigen door middel van fysieke, in plaats van biochemische interacties¹. Deze oppervlakken bootsen de antimicrobiële patronen na die worden gevormd door ultrakleine pilaren op cicadevleugels. "Naast schoon en veilig te zijn, deze technologie vereist geen extern aangebrachte chemicaliën, " zegt Zhang.

De onderzoekers voegden een op zink gebaseerde oplossing toe aan verschillende oppervlakken, inclusief rubber, glas, hout, en metaalfolie, vervolgens de oppervlakken ondergedompeld in een waterige oplossing die aminerijk 2-methylimidazol bevat om een ​​zogenaamde zeolitische imidazolaat-raamwerkcoating te vormen. De coating bestond uit een reeks kleine, positief geladen dolkachtige kristallen die loodrecht op de substraten groeiden.

"We hebben goedkope materialen en een eenvoudige methode gebruikt om deze nanodolkstructuur op verschillende soorten oppervlakken te creëren, " zegt Zhang en merkt op dat zijn team talloze formules moest uitproberen voordat ze de juiste groeiomstandigheden vonden.

Ongeacht de gecoate ondergrond, de nano-dolk-arrays doodden effectief de antibioticaresistente bacteriën Escherichia coli en Staphylococcus aureus, evenals de schimmel Candida albicans, waaruit hun brede toepasbaarheid blijkt. Ze behielden ook hun antibacteriële activiteit wanneer ze gedurende twee maanden vier opeenvolgende keren werden blootgesteld aan E. coli, hun duurzaamheid bewijzen.

Volgens Zhang, de positieve ladingen op de nanodolken trekken eerst bacteriële cellen aan die negatief geladen membranen dragen, waardoor ze aan het gecoate oppervlak blijven kleven. Volgende, de scherpe punten van de nanodolk scheuren de celmembranen open door elektrostatische en zwaartekrachtskrachten.

"We zijn erg enthousiast over de uitstekende bacteriedodende eigenschap van deze technologie en geloven dat deze in het echte leven brede toepassingen zal hebben, ", zegt Zhang. Zijn team werkt momenteel aan de ontwikkeling van prototypes van nanodolkoppervlakken en andere antimicrobiële oppervlakken met nanopatronen die verschillende materialen gebruiken.