Forskare har utvecklat en ny teknik för att döda bakterier på några sekunder med hjälp av mycket porösa guld nanodiskar och ljus, enligt en studie publicerad idag i Optical Materials Express , en tidskrift publicerad av The Optical Society. Metoden skulle en dag kunna hjälpa sjukhus att behandla några vanliga infektioner utan att använda antibiotika, vilket skulle kunna bidra till att minska risken för spridning av antibiotikaresistens.

"Vi visade att alla bakterier dödades ganska snabbt... inom 5 till 25 sekunder. Det är en mycket snabb process, " sa motsvarande författare Wei-Chuan Shih, professor vid avdelningen för el- och datateknik, University of Houston, Texas.

Forskare skapar guldnanopartiklar i labbet genom att lösa upp guld, reducera metallen till mindre och mindre frånkopplade bitar tills storleken måste mätas i nanometer. En nanometer är lika med en miljarddels meter. Ett människohår är mellan 50, 000 till 100, 000 nanometer i diameter. En gång miniatyriserad, partiklarna kan tillverkas i olika former inklusive stavar, trianglar eller skivor.

Tidigare forskning visar att guld nanopartiklar absorberar ljus starkt, omvandlar fotonerna snabbt till värme och når temperaturer som är tillräckligt höga för att förstöra olika typer av närliggande celler - inklusive cancer- och bakterieceller.

Under 2013, Shih och hans kollegor från University of Houston skapade en ny typ av guldskivliknande nanopartikel som mäter några hundra nanometer i diameter. Skivorna är fulla av porer, ger partiklarna ett svampliknande utseende som hjälper till att öka deras uppvärmningseffektivitet samtidigt som de behåller deras stabilitet, sa Shih.

I det nya verket, forskarna försökte testa de antimikrobiella egenskaperna hos deras nya nanopartiklar när de aktiveras av ljus. De odlade bakterier i labbet inklusive E coli och två typer av värmebeständiga bakterier som trivs även i de mest brännande miljöer som de varma källorna i Yellowstone National Park.

Sedan, de placerade bakteriecellerna på ytan av en enskiktsbeläggning av de små skivorna och lyste nära infrarött ljus från en laser på dem. Efteråt, de använde cellviabilitetstester och SEM-avbildning för att se hur stor andel av cellerna som överlevde proceduren.

Med hjälp av en värmekamera, forskargruppen visade att yttemperaturen på partiklarna nådde temperaturer upp till 180 grader Celsius nästan omedelbart, "levererar termiska stötar" i den omgivande arrayen. Som ett resultat, alla bakterieceller dödades inom 25 sekunder, forskarna rapporterar.

E coli visade sig vara mest sårbar för behandlingen; alla dess celler var döda efter bara fem sekunders laserexponering. De andra två typerna av bakterier krävde hela 25 sekunder, men det går fortfarande mycket snabbare än traditionella steriliseringsmetoder som att koka vatten eller använda torrvärmeugnar, som kan ta minuter till en timme att arbeta, sa Shih. Och det är "avsevärt kortare" än vad andra nanopartikelmatriser har visat i nya studier, skriver forskarna. Den tid som behövs för att uppnå liknande nivåer av celldöd i dessa studier varierar från 1 till 20 minuter.

I kontrollförsök, forskarna fann att varken guldskivorna eller ljuset från lasern enbart dödade nästan lika många celler.

Tekniken har viktiga potentiella biomedicinska tillämpningar, sa Shih. För närvarande, forskarna undersöker att använda partiklarna som en enkel beläggning för katetrar för att minska antalet urinvägsinfektioner på sjukhus.

"All form av ljusaktiverad procedur skulle vara mycket lättare att implementera vid sängkanten av en patient, " istället för att ta bort och eventuellt byta ut katetern varje gång den behöver rengöras, han sa.

En annan potentiell tillämpning som de undersöker är att integrera nanopartiklar med filtermembran i små vattenfilter, han sa, för att hjälpa till att förbättra vattenkvaliteten.