North Carolina State University-forskare har utvecklat en effektiv och miljövänlig metod för att bekämpa bakterier genom att konstruera partiklar i nanoskala som tillför silvers antimikrobiella styrka till en kärna av lignin, ett allestädes närvarande ämne som finns i alla växtceller. Resultaten introducerar idéer för bättre, grönare och säkrare nanoteknik och kan leda till ökad effektivitet hos antimikrobiella produkter som används inom jordbruk och personlig vård.

I en studie som publiceras i Naturens nanoteknik 13 juli, NC State ingenjör Orlin Velev och kollegor visar att silverjoninfunderade lignin nanopartiklar, som är belagda med ett laddat polymerskikt som hjälper dem att fästa vid målmikroberna, dödar effektivt ett brett spektrum av bakterier, inklusive E. coli och andra skadliga mikroorganismer.

När nanopartiklarna utplånar de riktade bakterierna, de blir uttömda på silver. De återstående partiklarna bryts lätt ned efter kassering på grund av deras biokompatibla ligninkärna, begränsa risken för miljön.

"Människor har varit intresserade av att använda silvernanopartiklar för antimikrobiella ändamål, men det finns kvardröjande oro för deras miljöpåverkan på grund av de långsiktiga effekterna av de använda metallnanopartiklar som släpps ut i miljön, sa Velev, INVISTA professor i kemisk och biomolekylär teknik vid NC State och tidningens motsvarande författare. "Vi visar här en billig och miljömässigt ansvarsfull metod för att göra effektiva antimikrobiella medel med biomaterialkärnor."

Forskarna använde nanopartiklarna för att attackera E. coli, en bakterie som orsakar matförgiftning; Pseudomonas aeruginosa, en vanlig sjukdomsframkallande bakterie; Ralstonia, ett släkte av bakterier som innehåller många jordburna patogenarter; och Staphylococcus epidermis, en bakterie som kan orsaka skadliga biofilmer på plast – som katetrar – i människokroppen. Nanopartiklarna var effektiva mot alla bakterier.

Metoden ger forskare flexibiliteten att ändra nanopartikelreceptet för att rikta in sig på specifika mikrober. Alexander Richter, tidningens första författare och en NC State Ph.D. kandidat som vann ett Lemelson-MIT-pris 2015, säger att partiklarna kan vara grunden för minskade risker för bekämpningsmedelsprodukter med minskad kostnad och minimerad miljöpåverkan.

"Vi förväntar oss att den här metoden kommer att ha en bred effekt, ", sade Richter. "Vi kan inkludera mindre av den antimikrobiella ingrediensen utan att förlora effektivitet samtidigt som vi använder en billig teknik som har en lägre miljöbelastning. Vi arbetar nu med att skala upp processen för att syntetisera partiklarna under kontinuerliga flödesförhållanden."