Styva mikrobiella filmer täcker ofta medicinsk utrustning, hushållsartiklar och infrastruktur såsom insidan av vattenledningar, och kan leda till farliga infektioner. Forskare har utvecklat ett system som utnyttjar bubblornas kraft för att driva fram små partiklar genom ytorna på dessa tuffa filmer och ge ett antiseptiskt dödsstöt till mikroberna som lever inuti.

Biofilm är slemmiga kolonier av mikrober som hålls samman av inre ställningar, hålla fast vid allt de rör vid. Cirka 80 procent av alla medicinska infektioner härrör från biofilm som invaderar den inre funktionen av sjukhusutrustning och implantat inuti patienter. Utrotning är svårt eftersom traditionella desinfektionsmedel och antibiotika inte effektivt kan penetrera en biofilms hårda yta, sa forskarna.

I journalen Tillämpade material och gränssnitt , ett team som leds av forskare vid University of Illinois i Urbana-Champaign beskriver hur de använde kiselalger-de små algernas skelett-laddade med en syregenererande kemikalie för att förstöra mikrober.

"De flesta av oss får de där svarta eller gula fläckarna i våra duschar hemma, "sa medförfattaren Hyunjoon Kong, en professor i kemisk och biomolekylär teknik och en Carle Illinois College of Medicine affiliate. "Dessa fläckar är biofilm och de flesta av oss vet att det tar mycket energi att skrubba bort dem. Tänk dig att försöka göra detta inne i det begränsade utrymmet i slangen på en medicinsk utrustning eller ett implantat. Det skulle vara mycket svårt."

Ser till naturen och grundläggande mekanik för en lösning, forskarna utvecklade ett system som använder naturligt rikliga kiselalger tillsammans med väteperoxid och små syregenererande ark av sammansättningen manganoxid.

"Vi kunde ha tillverkat en partikel med hjälp av 3D-skrivare, men lyckligtvis gav naturen oss redan ett billigt och rikligt alternativ i kiselalger, " sa medförfattare och postdoktor Yongbeom Seo. "De kiselalgerarter vi valt är ihåliga, mycket porös och stavformad, ger mycket yta för bubblorna att bildas och en kanal för bubblorna att fly. "

Den kemiska reaktionen mellan väteperoxid och manganoxid nanoskikt äger rum inom det tomma utrymmet inuti kiselalgen. Resultatet är en uppsjö av mikrobubblor som flödar genom den lilla kanalen, driva de stela kiselalgerna framåt med tillräckligt med kraft för att bryta upp biofilmernas yta och inre struktur, sa forskarna.

"Vi dopar partiklarna med nanoskivor av manganoxid, blanda dem sedan med väteperoxid och applicera det på ytan av biofilmen, "Sa Kong." När kiselalgerna bryter igenom till biofilmens inre struktur, de fortsätter att driva ut bubblor och underlätta inträdet av väteperoxid, som är ett effektivt desinfektionsmedel mot bakterier och svamp."

Forskarna tror att deras framgång är ett resultat av ett beslut att fokusera på de mekaniska aspekterna av förstörelse av biofilm, inte de kemiska aspekterna av att helt enkelt döda mikrober.

"Vi har kommit fram till en mekanistisk lösning för detta problem och möjligheterna för denna teknik är oändliga, "sa medförfattaren Simon Rogers, professor i kemi- och biomolekylär teknik. "Vi diskuterar vår forskning med kliniker som har många spännande idéer om hur man använder det här systemet som vi inte ens tänkte på från början, såsom borttagning av tandplack."