In het oude Griekenland gebruikten wijze mannen ruim 3000 jaar geleden zilverzouten om te voorkomen dat wonden geïnfecteerd raakten. Deze zouten werden nog steeds gebruikt totdat Alexander Fleming "slechts" 100 jaar geleden het eerste antibioticum ontdekte. Het gebruik van antibiotica betekende een grote doorbraak in de behandeling van infectieziekten, maar al snel begon resistentie te ontstaan. Bacteriën, die al langer op deze planeet aanwezig zijn dan wij, hebben manieren gevonden om verschillende antibiotica te overwinnen, en tegenwoordig is antibioticaresistentie een groot mondiaal gezondheidsprobleem.

In tijden waarin alles heel snel evolueert, is het interessant om perspectief te krijgen, om een ​​beetje terug te keren naar de oorsprong. Dat is de reden waarom de aandacht weer is gericht op zilverzouten, die jaren geleden zo veel werden gebruikt en in feite nooit zijn opgehouden te worden gebruikt. Zilverzouten vormen de basis van microscopisch kleine kristallen of micromotoren, gebouwd door onderzoekers van het Instituut voor Chemisch Onderzoek van Catalonië (ICIQ-CERCA) in Tarragona, in samenwerking met het Catalaanse Instituut voor Nanowetenschappen en Nanotechnologie (ICN2).

Deze kristallen bewegen autonoom (vandaar de naam micromotoren) in waterige media onder bestraling met zichtbaar licht. Tijdens hun reis inactiveren ze de aanwezige bacteriën, waardoor ze een veelbelovend instrument worden voor het herstel van het milieu.

De groep onder leiding van Dr. Katherine Villa van ICIQ heeft, in samenwerking met ICN2, een onderzoek gepubliceerd in het tijdschrift Advanced Optical Materials dat een eenvoudige techniek biedt voor het produceren van microscopisch kleine kristallen die worden geactiveerd in de aanwezigheid van licht. Activering omvat autonome beweging en het vrijkomen van zilverionen en vrije radicalen met antimicrobiële activiteit, zelfvernietigend, waardoor het water vrij blijft van de kristallen zelf.

Dr. Villa zegt:"Dit werk is belangrijk omdat we een synergetisch effect rapporteren dat het zelfvoortstuwingsvermogen van de micromotoren onder lichtstimuli omvat, waardoor een grotere diffusie en verspreiding van zilverionen en vrijgekomen vrije radicalen mogelijk is."

De onderzoekers ontwikkelen gemakkelijk microscopische structuren die zilverfosfaat bevatten en de vorm hebben van tetrapoden:een kristallijne structuur gevormd door vier armen, elk ongeveer 5 micrometer lang. Deze kristallen, TAM's genoemd, bewegen autonoom door middel van fotokatalyse.

Fotokatalyse vindt plaats wanneer licht als katalysator fungeert, in dit geval waardoor het zilverfosfaat van de TAM's reageert met het water in het medium, waarbij zuurstof, zilverionen en vrije radicalen vrijkomen. De verbindingen die uit de reactie ontstaan, zijn verantwoordelijk voor het verplaatsen van de TAM's, en bovendien doden de vrijkomende radicalen en zilverionen de bacteriën die in het medium aanwezig zijn.

Deze bacteriedodende werking wordt verklaard door het effect van zilver op de bacteriewanden, waardoor hun doorlaatbaarheid wordt aangetast en daardoor onherstelbare schade aan de celwand wordt veroorzaakt, waardoor de bacteriën overlijden.

De zilverionen die vrijkomen uit deze micromotoren worden zilveren nanodeeltjes die gemakkelijk kunnen worden teruggewonnen door filtratie, waardoor extra besmetting wordt vermeden. Dr. Villa legt uit:"De micromotoren zijn twee keer zo efficiënt vergeleken met alleen zilveren nanodeeltjes, volgens de resultaten verkregen in het onderzoek. Bovendien, als we hun beweging voorkomen, wordt het antibacteriële vermogen van deze micromotoren drastisch verminderd."

Micromotoren zijn een zeer interessant hulpmiddel voor milieuherstel. Vorig jaar ontwikkelde het team van Dr. Villa micromotoren bedekt met laccase, een chemische verbinding die de omzetting van ureum in ammoniak versnelt.

Ureum is een opkomende verontreinigende stof, omdat het een veel voorkomend product is van residentiële activiteiten (ureum is het hoofdbestanddeel van urine) en verschillende industriële processen, terwijl ammoniak aan belang wint als groene energiebron; deze verbinding kan worden afgebroken voor de productie van waterstof en kan worden opgeslagen als groene brandstof.

Meer informatie: Xiaojiao Yuan et al., Zelfafbreekbare fotoactieve micromotoren voor inactivatie van resistente bacteriën, Geavanceerde optische materialen (2024). DOI:10.1002/adom.202303137

Journaalinformatie: Geavanceerde optische materialen

Aangeboden door het Instituut voor Chemisch Onderzoek van Catalonië