Geïnspireerd door de bacteriedodende vleugels van insecten zoals krekels, hebben wetenschappers een natuurlijke antibacteriële textuur ontwikkeld voor gebruik op voedselverpakkingen om de houdbaarheid te verbeteren en afval te verminderen. De in het laboratorium gemaakte nanotextuur van een Australisch-Japans team van wetenschappers doodt tot 70% van de bacteriën en behoudt zijn effectiviteit wanneer het wordt overgebracht naar plastic.

Meer dan 30% van het voedsel dat voor menselijke consumptie wordt geproduceerd, wordt afval, waarbij hele zendingen worden afgewezen als bacteriegroei wordt gedetecteerd. Het onderzoek zet de toon voor het aanzienlijk verminderen van verspilling, met name bij de export van vlees en zuivel, evenals het verlengen van de houdbaarheid en het verbeteren van de kwaliteit, veiligheid en integriteit van verpakt voedsel op industriële schaal.

Distinguished Professor Elena Ivanova van de RMIT University zei dat het onderzoeksteam met succes een natuurlijk fenomeen had toegepast op een synthetisch materiaal:plastic. "Het elimineren van bacteriële besmetting is een enorme stap in het verlengen van de houdbaarheid van voedsel," zei ze.

"We wisten dat de vleugels van krekels en libellen zeer efficiënte bacteriedoders waren en een oplossing konden bieden, maar het is altijd een uitdaging om de natuur na te bootsen. We hebben nu een nanotextuur gecreëerd die het bacterievernietigende effect van insectenvleugels nabootst en zijn antibacteriële werking behoudt. kracht bij het printen op plastic. Dit is een grote stap in de richting van een natuurlijke, niet-chemische, antibacteriële verpakkingsoplossing voor de voedings- en maakindustrie."

Het onderzoek, gepubliceerd in ACS Applied Nano Materials, is een samenwerking tussen RMIT, Tokyo Metropolitan University en Mitsubishi Chemical's The KAITEKI Institute. In 2015 exporteerde Australië $ 3,1 miljard aan voedsel- en landbouwexport naar Japan, waarmee het de 5e grootste exporteur van dergelijke producten naar het land is.

Hoe het werkt

De vleugels van libellen en cicades zijn bedekt met een groot aantal nanopilaren - stompe punten van vergelijkbare grootte als bacteriecellen. Wanneer bacteriën zich op een vleugel nestelen, trekt het patroon van nanopilaren de cellen uit elkaar, scheurt hun vliezen en doodt ze. "Het is alsof je een latexhandschoen uitrekt," zei Ivanova. "Terwijl het langzaam uitrekt, zal het zwakste punt in de latex dunner worden en uiteindelijk scheuren."

Ivanova's team ontwikkelde hun nanotextuur door de nanopilaren van insecten te repliceren en hun eigen nanopatronen te ontwikkelen. Om het antibacteriële vermogen van het patroon te beoordelen, werden bacteriecellen gevolgd in de microscopie- en microanalysefaciliteit van wereldklasse van RMIT. De beste antibacteriële patronen werden gedeeld met het Japanse team, dat een manier ontwikkelde om de patronen op plastic polymeer te reproduceren.

Terug in Australië testte het team van Ivanova de plastic nanopatronen en vond degene die insectenvleugels het beste nabootste, maar ook het gemakkelijkst te fabriceren en op te schalen is. Ivanova zei dat het omgaan met plastic moeilijker was dan andere materialen zoals silicium en metalen, vanwege de flexibiliteit. "De nanotextuur die in dit onderzoek is gecreëerd, houdt stand bij gebruik in hard plastic. Onze volgende uitdaging is om het aan te passen voor gebruik op zachtere kunststoffen," zei ze.

Sinds Ivanova en haar collega's tien jaar geleden de bacteriëndodende aard van insectenvleugels ontdekten, hebben ze gewerkt aan het ontwerpen van het optimale nanopatroon om de bacteriedodende krachten van insecten te benutten en op een reeks materialen te gebruiken. Tot voor kort was het moeilijk om geschikte technologie te vinden om deze nanotexturing te reproduceren op een schaal die geschikt is voor productie.

Maar nu bestaat er technologie om op te schalen en antibacteriële eigenschappen toe te passen op verpakkingen, naast een reeks andere mogelijke toepassingen, zoals persoonlijke beschermingsmiddelen.

Hun nieuwe onderzoek bouwt voort op een onderzoek uit 2020 naar het gebruik van op insecten geïnspireerde nanomaterialen om superbacteriën te bestrijden. Het team wil graag samenwerken met potentiële partners in de volgende fase van het onderzoek:het opschalen van de technologie en het bepalen van de beste manieren om de antibacteriële verpakking massaal te vervaardigen. + Verder verkennen

Insectenvleugels inspireren nieuwe manieren om superbugs te bestrijden