Matforskare från Nanyang Technological University, Singapore (NTU Singapore) har tillverkat ett antibakteriellt gelbandage med hjälp av de kasserade skalen av den populära tropiska frukten, durian.

Känd som "fruktkungen" i Sydostasien, durian har en tjock skal med taggiga taggar som kastas, medan det söta köttet som omger fröna på insidan anses vara en delikatess.

Genom att extrahera högkvalitativ cellulosa från durianskalarna och kombinera den med glycerol-en avfallsprodukt från biodiesel- och tvålindustrin-skapade NTU-forskare en mjuk gel, liknande kiselark, som kan skäras i bandage av olika former och storlekar.

De tillsatte sedan de organiska molekylerna som producerats från bagerjäst som kallas naturliga jästfenoler, gör bandaget dödligt för bakterier.

Utvecklad av professor William Chen, direktören för NTU:s livsmedelsvetenskap och teknikprogram, innovationen publicerades nyligen i ACS Sustainable Chemistry &Engineering, en fackgranskad tidskrift för American Chemistry Society.

Konventionella hydrogelplåster är vanligt tillgängliga på apotek, vanligtvis används för att täcka sår från operation för att minimera bildandet av överdriven ärrvävnad, vilket resulterar i ett mjukare och plattare ärr. Plåstret håller huden hydrerad istället för att torka ut när konventionella plåster eller gasbind används.

Prof Chen sa att konventionella hydrogelplåster på marknaden är tillverkade av syntetiska material som polymerer som polymetakrylat och polyvinylpyrrolidin. De med antimikrobiella egenskaper använder också metalliska föreningar som silver- eller kopparjoner. Sådana syntetiska material som är godkända för användning i biomedicinska tillämpningar är dyrare jämfört med den nya hydrogel som tillverkats av naturligt avfall.

"Med det växande hotet av antibiotikaresistenta superbugs, världen kommer att behöva flera alternativa sätt att förebygga infektioner. Ett effektivt sätt att skydda öppna sår är med antimikrobiella bandage som är biokompatibla och säkra för långvarig användning av människor. Detta är särskilt viktigt för diabetespatienter som lider av kroniska sår, "förklarade prof Chen, Michael Fam -professor i livsmedelsvetenskap och teknik vid School of Chemical and Biomedical Engineering.

"Genom att använda avfallsprodukter som för närvarande slängs i stora mängder - durianskal och glycerol - kan vi förvandla avfall till en värdefull biomedicinsk resurs som kan förbättra snabb återhämtning av sår och minska risken för infektioner.

Med skalet omfattande 60 procent av durian kastas det vanligtvis och förbränns, ställer en miljöfråga. I Singapore, det rapporterades av Straits Times att 14, 300 ton durian (uppskattningsvis 10 miljoner durianer) importerades och konsumeras 2017.

Att vara giftfri och biologiskt nedbrytbar, det organiska gelförbandet förväntas också ha ett mindre miljöavtryck än konventionella syntetiska bandage.

Ge en oberoende kommentar om denna innovation, Docent Andrew Tan, Prodekan (fakultet) från NTU:s Lee Kong Chian School of Medicine, som är expert på metaboliska störningar, sa att det finns befintliga naturliga och syntetiska hydrogeler på marknaden nu, där deras användbarhet vid läkning av vissa typer av sår är välkända.

"Hydrogelbandage är kända för sin giftfrihet, förmåga att rehydrera sårbädden, och kan underlätta autolytisk debridering (där kroppens enzymer och naturliga vätskor verkar för att mjuka upp dålig vävnad och ta bort den). Den innovativa och unika delen av Prof Chens nuvarande arbete är att cykla upp durianskallen för att få fram cellulosa. Det är också ganska unikt med tanke på att durianens taggar kan göra ont, men materialen från skalen kan läka, "Sade professor Tan.

Varför antimikrobiella sårförband behövs

Sår kopplade till kroniska sjukdomar förväntas bli en vanligare hälsobörd där bakteriell infektion i hudskador är en allvarlig risk. Marknaden för sårförband uppskattas till 11,4 miljarder dollar per år, enligt ett papper publicerat i European Polymer Journal (A. Gupta et al, 2019).

Den kliniska fördelen med det nya hydrogelförbandet är att de inbäddade naturliga jästfenolerna hjälper till att förhindra tillväxt av bakterier som Gram-negativ E. coli och Gram-positiv S. aureus. och den efterföljande bildningen av biofilmer (ett slemskikt som kan leda till antimikrobiell resistens inom en bakteriekoloni).

Som ett bevis på konceptet, de antimikrobiella hydrogelerna testades som ett sårförband på djurhud och visade goda antimikrobiella effekter i upp till 48 timmar.

Det nya proof-of-concept hydrogelbandaget appliceras genom att helt enkelt lägga det över såret, precis som med befintliga kommersiellt tillgängliga silikongelark för sårförband, den nuvarande guldstandarden som används efter kosmetiska operationer för att minska ärrbildning.

Andra tillämpningar av hydrogeler

Organiska hydrogeler är också användbara för bärbara, flexibel och töjbar elektronik, vilket professor Chen hade visat i en artikel från 2019 som publicerades i Vetenskapliga rapporter .

Bärbar elektronik kan bestå av små sensorer som kan detektera hjärtfrekvens och fysiska aktiviteter, ungefär som nuvarande smarta band. De kan hjälpa vårdpersonal att övervaka äldres hälsa i avlägsna samhällen.

För att demonstrera användningen av organiska hydrogeler i flexibel elektronik, en prototyp av hydrogel som kunde leda elektriska signaler gjordes med cellulosa som erhållits från Okara - avfallet från sojabönmassa under tillverkningen av sojamjölk.

"Som visas i många av våra forskningsartiklar, grundforskning inom livsmedelsvetenskap och teknik har betydligt fler tvärvetenskapliga tillämpningar inom andra branscher, som vård, biomedicinska tillämpningar och specialkemikalier, "Lade professor Chen till.

"Vår innovation är i linje med den strategiska planen NTU 2025, där forskning och innovation är viktiga grundpelare för att hantera några av mänsklighetens största utmaningar. Genom att använda en strategi för avfall till resurs och användning av grön tillverkningsteknik, vi har visat att det är möjligt att minska förbrukningen av jordens naturresurser, återanvända det som ansågs vara skräp, och återvinna dem till värdefulla produkter som är användbara för mänskligheten. "

Teamet med fyra NTU -forskare tog två år att forska och publicera sina resultat och letar nu efter branschpartners som kan vara angelägna om att ta med sitt antibakteriella gelförband till marknaden.