In een poging om zeer gevoelige sensoren te maken om suiker en andere vitale tekenen van de menselijke gezondheid te meten, Sonal Padalkar van de Iowa State University ontdekte hoe nanomaterialen op doek en papier konden worden gedeponeerd.

Feedback van een peer-reviewed artikel gepubliceerd door ACS Duurzame Chemie en Engineering die haar nieuwe fabricagetechnologie beschreef, noemde de metaaloxide-nanomaterialen waarmee de assistent-professor werktuigbouwkunde werkte, waaronder zinkoxide, ceriumoxide en koperoxide, allemaal op schalen tot miljardsten van een meter - hebben ook antimicrobiële eigenschappen.

"Ik kan net zo goed kijken of ik iets anders kan doen met deze technologie, "Zei Padalkar. "En zo ben ik begonnen met het bestuderen van antimicrobiële toepassingen."

Het blijkt dat nanomaterialen ruw zijn voor microben zoals bacteriën. Ze doorboren eigenlijk de celwanden van de eencellige microben, lekken en uiteindelijk de dood veroorzaken.

Leg dat op een doek en je zou een effectieve, desinfecterend doekje zonder chemicaliën.

"De implicaties van onze huidige antimicrobiële studies zijn enorm, Padalkar zei. "We kunnen toepassingen vinden in grote gebieden, inclusief ons dagelijks leven tot vele zeer specifieke toepassingen, zoals chirurgische eenheden in ziekenhuizen."

Maar werkt het ook op kleine virussen, te?

Er is meer studie nodig, zei Padalkar. Maar, het mechanisme zou hetzelfde zijn:het doorboren van de eiwitlagen van virussen om de microben te beschadigen en te doden.

Nanomaterialen op een draad

Padalkar zei dat ze al ongeveer acht maanden metaaloxide-nanomaterialen als antimicrobiële middelen bestudeert. Sinds 2018, ze heeft de materialen bestudeerd voor gebruik in verschillende biosensoren.

De belangrijkste bijdrage van haar lab was uitzoeken hoe nanostructuren van metaaloxiden op goedkope, lichtgewicht, flexibele stof en papier. De fabricagetechnieken van Padalkar zijn gebaseerd op elektrochemische afzetting:het aanbrengen van elektriciteit op het doek of papier en het aanbrengen van een oplossing die voorlopers bevat op de metaaloxiden.

Tests tonen aan dat de resulterende nanostructuren consistent zijn, stabiel en robuust. Ze zei dat de technologie kan worden opgeschaald voor grotere oppervlakken en helemaal kan worden teruggebracht tot een enkele draad.

Ze heeft ook gewerkt met Carmen Gomes, een universitair hoofddocent werktuigbouwkunde aan de staat Iowa, om de elektrochemische detectie van bacteriën te bestuderen met behulp van zinkoxide-nanomaterialen die op glas zijn afgezet. Tot dusver, ze zei dat de voorlopige gegevens er erg positief uitzien. Het project zal worden uitgebreid om antimicrobiële activiteit te bestuderen.

Overal toepassingen

Zoals bij de meeste onderzoeksprojecten, er zijn nog vragen om te bestuderen en te beantwoorden.

"Welke vorm, maat, dichtheid van het nanomateriaal zal ideaal zijn voor dit werk?" zei Padalkar. "Welke oppervlaktelading zal optimaal zijn op het nanomateriaal zodat bacteriële interactie mogelijk is? Wat is de houdbaarheid van nanomaterialen als antimicrobiële middelen?"

Tot dusver, Padalkars facultaire opstartfondsen ondersteunen haar zoektocht naar antwoorden. Voor haar project schrijft ze nu een onderzoeksvoorstel voor externe financiering.

In deze dagen van handen wassen, social distancing en zoeken naar handdesinfecterend middel, er is zeker behoefte aan allerlei antimicrobiële producten. Padalkar zei dat de antimicrobiële stoffen en papierproducten die mogelijk worden gemaakt door haar fabricagetechnologie nuttig kunnen zijn in huizen, in ziekenhuizen en klinieken, op werkplekken en scholen en rondom boerderijen.

"We zijn niet van plan om dit werk snel af te ronden, " zei ze. "De behoefte aan antimicrobiële producten is dringend en het begrijpen van de details van het mechanisme en de materiaalparameters is van het grootste belang voor het succes van deze nieuwe materialen."