Wetenschap
Dit gemodificeerde roestvrij staal zou bacteriën kunnen doden zonder antibiotica of chemicaliën
Een bij Georgia Tech ontwikkeld elektrochemisch proces zou nieuwe bescherming kunnen bieden tegen bacteriële infecties zonder bij te dragen aan de groeiende antibioticaresistentie.
De aanpak maakt gebruik van de natuurlijke antibacteriële eigenschappen van koper en creëert ongelooflijk kleine naaldachtige structuren op het oppervlak van roestvrij staal om schadelijke bacteriën zoals E. coli en Staphylococcus te doden. Het is handig en goedkoop, en het zou de behoefte aan chemicaliën en antibiotica in ziekenhuizen, keukens en andere omgevingen waar oppervlaktebesmetting tot ernstige ziekten kan leiden, kunnen verminderen.
Het zou ook levens kunnen redden:uit een mondiaal onderzoek naar medicijnresistente infecties is gebleken dat deze in 2019 1,27 miljoen mensen direct doodden en bijdroegen aan bijna 5 miljoen andere sterfgevallen, waardoor deze infecties een van de belangrijkste doodsoorzaken voor elke leeftijdsgroep zijn.
Onderzoekers beschreven het koper-roestvrij staal en de effectiviteit ervan op 20 mei in het tijdschrift Small .
"Het doden van Gram-positieve bacteriën zonder chemicaliën is relatief eenvoudig, maar het aanpakken van Gram-negatieve bacteriën vormt een aanzienlijke uitdaging, vanwege hun dikke, meerlaagse celmembraan. En als deze bacteriën op oppervlakken blijven bestaan, kunnen ze snel groeien", zegt Anuja Tripathi, de hoofdauteur van het onderzoek en postdoctoraal onderzoeker aan de School of Chemical and Biomolecular Engineering. "Mijn doel was om een antibioticavrij bacteriedodend oppervlak te ontwikkelen dat effectief is tegen Gram-negatieve en Gram-positieve bacteriën."
Tripathi en haar collega's - William R. McLain Professor Julie Champion en voormalig Ph.D. studenten Jaeyoung Park en Thomas Pho – produceerden een een-tweetje dat deze uitdagingen overwint en bacteriën niet helpt resistentie tegen medicijnen te ontwikkelen.
Het team ontwikkelde eerst een elektrochemische methode om het oppervlak van roestvrij staal te etsen, waardoor op het oppervlak naaldachtige structuren van nanoformaat ontstonden die de celmembranen van bacteriën kunnen doorboren. Vervolgens brachten de onderzoekers met een tweede elektrochemisch proces koperionen op het staaloppervlak aan.
Koper heeft een wisselwerking met de celmembranen en brengt deze uiteindelijk in gevaar.
"Het roestvrij staal met nanotextuur kan zowel Gram-negatieve als Gram-positieve bacteriën doden, maar we wilden de antibacteriële activiteit verbeteren voor oppervlakken die sterk vervuild kunnen zijn", zei Tripathi. "De kopercoating op het roestvrij staal met nanotextuur gaf ons een zeer hoge antibacteriële activiteit."
Ondanks de bekende antibacteriële eigenschappen van koper, wordt het niet veel gebruikt om oppervlakteverontreiniging te bestrijden, omdat het duur is. De aanpak van Tripathi brengt slechts een dunne laag koperionen op het roestvrij staal aan, dus het is kosteneffectief zonder de antibacteriële activiteit van het materiaal in gevaar te brengen.
Samen resulteerden de dubbele aanvallen in een vermindering van 97% van Gram-negatieve E. coli en 99% vermindering van Gram-positieve Staphylococcus epidermis-bacteriën in het onderzoek van de groep.
Tripathi zei dat het roestvrij staal kan worden gebruikt voor gewone gereedschappen in medische omgevingen die gemakkelijk vervuild raken, zoals scharen of pincetten. Het zou kunnen worden gebruikt voor deurklinken, trapleuningen en misschien zelfs gootstenen; plaatsen waar roestvrij staal vaak het materiaal bij uitstek is en waar oppervlaktebacteriën veel voorkomen, vooral in ziekenhuizen of andere gedeelde omgevingen.
Het proces dat zij en haar collega's ontwikkelden, zou ook nuttig kunnen zijn in de foodservice. Tripathi zei dat de aanpak vrij eenvoudig kan worden geïntegreerd in bestaande industriële processen, waar al verschillende elektrochemische coatingmethoden worden gebruikt voor roestvrijstalen voedselopslagcontainers.
Tripathi zei dat toekomstig werk zal onderzoeken of het met koper beklede roestvrij staal met nanotextuur effectief is tegen andere soorten cellen die schadelijk zijn voor de menselijke gezondheid. Ze wil ook onderzoeken of het staal kan worden gebruikt voor medische implantaten om infecties te helpen voorkomen.
Omdat het effectief bleek tegen de lastige E. coli, heeft ze goede hoop.
"Nadenkend over een recente E. coli-uitbraak in supermarkten in Calgary, Canada, was ik bijzonder gedreven in mijn onderzoek, waarbij ik de urgente relevantie en betekenis erkende van het bestrijden van dergelijke veerkrachtige bacteriën op oppervlakken," zei Tripathi. "Ze kunnen moeilijk te elimineren zijn. Dus als we E. coli effectief kunnen elimineren, hebben we een goede kans om veel bacteriën op oppervlakken uit te roeien."