Bakterier älskar att kolonisera ytor inuti din kropp, men de har svårt att komma förbi din robusta, salt hud. Operationer för att implantera medicinsk utrustning ger ofta sådana bakterier den möjlighet som krävs för att komma in i kroppshålan, så att implantaten själva kan fungera som en idealisk odlingsyta för biofilmer.

En grupp forskare vid Shanghai Institute of Ceramics i Chinese Academy of Sciences vill bekämpa dessa farliga subdermala infektioner genom att uppgradera din nya höft eller knäskål på ett sätt uppskattat sedan antiken-lägga till guld. De beskriver resultaten av tester med ett nytt antibakteriellt material som de tagit fram baserat på guldnanopartiklar i tidskriften Bokstäver i tillämpad fysik .

"Implantatrelaterade infektioner har blivit en envis fråga som ofta orsakar kirurgisk misslyckande, sa Xuanyong Liu, teamets primära utredare vid Shanghai Institute of Ceramics. Designa implantat som kan döda bakterier samtidigt som de stöder bentillväxt, Liu sa, är ett effektivt sätt att förbättra in vivo osteointegration.

Titandioxid kan själv döda bakterier på grund av dess egenskaper som fotokatalysator. När metallen utsätts för ljus, den blir energiskt upphetsad av att absorbera fotoner. Detta genererar elektron-hål-par, förvandla titandioxid till en potent elektronacceptor som kan destabilisera cellulära membranprocesser genom att tillskansa sig elektrontransportkedjans terminala acceptor. Membranet destabiliseras gradvis av denna stöld, får cellen att läcka ut tills den dör.

De mörka förhållandena inuti människokroppen, dock, begränsa den bakteriedödande effekten av titandioxid. Guld nanopartiklar, fastän, kan fortsätta att fungera som antibakteriella terminalelektronacceptorer i mörker, på grund av ett fenomen som kallas lokaliserad ytplasmonresonans. Ytplasmoner är kollektiva oscillationer av elektroner som uppstår i gränssnittet mellan ledare och dielektrikum – till exempel mellan guld och titandioxid. De lokaliserade elektronoscillationerna på nanoskala gör att nanopartiklarna i guld blir upphetsade och passerar elektroner till titandioxidytan, så att partiklarna kan bli elektronacceptorer.

Liu och hans team elektrokemiskt anodiserat titan för att bilda titandioxid -nanorörsarrayer, och deponerade sedan arrayerna ytterligare med guldnanopartiklar i en process som kallas magnetronsputtering. Forskarna tillät sedan Staphylococcus aureus och Escherichia coli att växa separat på matriserna - båda organismerna var mycket misslyckade, uppvisar riklig membranskada och cellläckage.

Medan silvernanopartiklar tidigare har utforskats som ett antibakteriellt medel för in vivo-transplantationer, de orsakar betydande biverkningar som cytotoxicitet och organskador, medan guld är mycket mer kemiskt stabilt, och därmed mer biokompatibel.

"Fynden kan öppna upp för nya insikter för bättre design av ädelmetall-nanopartiklar-baserade antibakteriella tillämpningar, " sa Liu.