Dragonfly vingar, lotusblad, cikadvingar – tack vare årtusenden av evolution, naturen har optimerat hur dessa ytor och andra beter sig för att erbjuda antibakteriell funktionalitet.

En internationell, ett tvärvetenskapligt team av forskare försöker hitta det bästa sättet att översätta dessa egenskaper för att skapa naturinspirerade bakteriedödande ytor för användning i medicinska implantat. De diskuterar ytstrukturer och kemiska sammansättningar för ett idealiskt implantatmaterial i journalen Tillämpad fysik recensioner .

"Föremål i naturen har så unika egenskaper, som spikar skarpare än en bakterie, som ger dem kraften att störa och döda en bakterie, gör dem antibakteriella, sa Saurav Goel, en författare från London South Bank University. "Vi kan skapa dessa funktioner med våra ultraprecisionstekniska instrument."

Trots många studier om mekanismerna genom vilka naturliga ytor dödar bakterier – oavsett om det beror på kemiska reaktioner, ytans grovhet, bakteriers förmåga att vila på ytan, eller något annat — kommersiell exploatering har varit praktiskt taget obefintlig. Författarna sa att detta delvis beror på bristen på lämpliga tillverkningstekniker som kan producera dessa naturinspirerade funktioner med kontrollerad noggrannhet i stor skala, som Goel beskriver som ett av de stora pussel som 2000-talets tillämpade fysik ställs inför.

Goel och hans team arbetar med att utveckla en ny laserbaserad teknik som kan modifiera ytegenskaperna hos ett material genom att tillverka de önskade egenskaperna på ett friformssätt, baserat på 3D-datormodeller de genererade. När metoden är färdigutvecklad, de planerar att skapa en demonstrativ prototyp av ett implantat, som kommer att testas för att övervaka dess bakteriella aktivitet.

"Slutmålet är en protes som jag kan implantera med kliniska bevis för att den dödar bakterier och minskar infektionsfrekvensen, sade Oliver Pearce, en författare från Milton Keynes University Hospital i Buckinghamshire, England.

Även om andelen infektioner orsakade av implantat är ganska låg, med så många proteser som används runt om i världen, det stora antalet infektioner är stort, innebär en enorm kostnad för hälso- och sjukvårdssystemen. Dock, de allra flesta av dessa orsakas av stafylokocker och streptokocker, så att utrota deras effekt skulle minska infektioner med upp till 90 %. Tekniken är mångsidig och skulle kunna tillämpas på proteser i alla delar av kroppen.

"Det är förenklat att ha en avancerad yta som dödar bakterier och att säga att infektionsproblemet är utrotat, " sa Pearce. "Det kommer inte att eliminera alla infektioner, men i mitt sinne, det kommer att göra kursen betydligt lägre."