Forskare från North Carolina State University har funnit att en elastisk polymer har bredspektrum antimikrobiella egenskaper, så att den kan döda en rad virus och läkemedelsresistenta bakterier på bara några minuter-inklusive meticillinresistent Staphylococcus aureus (MRSA).

"Vi undersökte ett annat tillvägagångssätt för att skapa antimikrobiella material när vi observerade intressant beteende från denna polymer och bestämde oss för att utforska dess potential på ett större djup, säger Rich Spontak, med-motsvarande författare till en uppsats om arbetet och framstående professor i kemisk och biomolekylär teknik vid NC State. "Och det vi fann är extremt lovande som ett alternativt vapen till befintliga materialrelaterade tillvägagångssätt i kampen mot läkemedelsresistenta patogener. Detta kan vara särskilt användbart i kliniska miljöer-som sjukhus eller läkarkontor-liksom anläggningar för äldreboende , där patogenöverföring kan få allvarliga konsekvenser. "

Polymerens antimikrobiella egenskaper härrör från dess unika molekylarkitektur, som lockar vatten till en sekvens av upprepade enheter som är kemiskt modifierade (eller funktionaliserade) med sulfonsyragrupper.

"När mikrober kommer i kontakt med polymeren, vatten på mikrobernas yta interagerar med sulfonsyrafunktionella grupper i polymeren - skapar en sur lösning som snabbt dödar bakterierna, "säger Reza Ghiladi, docent i kemi vid NC State och motsvarande författare till uppsatsen. "Dessa sura lösningar kan göras mer eller mindre kraftfulla genom att kontrollera antalet sulfonsyrafunktionella grupper i polymeren."

Forskarna testade polymeren mot sex typer av bakterier, inklusive tre antibiotikaresistenta stammar:MRSA, vankomycinresistent Enterococcus faecium, och karbapenemresistent Acinetobacter baumannii. När 40% eller mer av de relevanta polymerenheterna innehåller sulfonsyragrupper, polymeren dödade 99,9999% av varje bakteriestam inom fem minuter.

Forskarna testade också polymeren mot tre virus:ett analogt virus mot rabies, en influensastam och en stam av humant adenovirus.

"Polymeren kunde helt förstöra influensan och rabiesanalogen inom fem minuter, "säger Frank Scholle, docent i biologiska vetenskaper vid NC State och medförfattare till uppsatsen. "Medan polymeren med lägre koncentrationer av sulfonsyragrupperna inte hade någon praktisk effekt mot humant adenovirus, det kan förstöra 99,997% av det viruset vid högre sulfonsyranivåer. "

En oro för forskarna var att polymerens antimikrobiella effekt gradvis kunde förvärras med tiden, som sulfonsyragrupper neutraliserades när de interagerade med positivt laddade joner (katjoner) i vatten. Dock, de fann att polymeren kunde "laddas" helt genom att utsätta den för en sur lösning.

"I laboratoriemiljöer, du kan göra detta genom att doppa polymeren i en stark syra, "Säger Ghiladi." Men i andra miljöer - till exempel ett sjukhusrum - kan du helt enkelt spraya polymerytan med ättika. "

Denna "laddning" -process fungerar eftersom varje gång en av de negativt laddade sulfonsyragrupperna kombineras med en katjon i vatten - vilket kan hända när polymeren kommer i kontakt med mikrober - blir sulfonsyragruppen elektriskt neutral. Det gör syragruppen ineffektiv mot mikrober. Men när den neutraliserade polymeren utsätts för syra, dessa funktionella grupper kan utbyta bundna katjoner med protoner från syran, gör sulfonsyragrupperna aktiva igen - och redo att döda mikrobiella patogener.

"Det arbete vi har gjort här belyser ett lovande nytt tillvägagångssätt för att skapa antimikrobiella ytor för användning i kampen mot läkemedelsresistenta patogener-och särskilt sjukhusförvärvade infektioner, "Säger Ghiladi.

"Funktionella blockpolymerer som denna är mycket mångsidiga-användbara som vattenbehandlingsmedier, mjuka ställdon, solceller och gasseparationsmembran-och miljömässigt godartade eftersom de lätt kan återvinnas och återanvändas, "Spontak tillägger." Dessa funktioner gör dem särskilt attraktiva för utbredd användning.

"Och detta arbete fokuserade på endast en polymerserie tillverkad av Kraton Polymers, "Spontak säger." Vi är mycket angelägna om att se hur vi ytterligare kan modifiera denna och andra polymerer för att behålla sådana effektiva och snabbverkande antimikrobiella egenskaper samtidigt som vi förbättrar andra attribut som skulle vara attraktiva för andra applikationer. "

Pappret, "Självsteriliserande laddade multiblockpolymerer som dödar läkemedelsresistenta mikrober på några minuter, "visas i tidningen Material Horizons .