Antibiotikaresistenta bakterier som koloniserar ytor och medicinsk utrustning orsakar alarmerande årliga ökningar av antalet patienter som smittas på sjukhus och kliniker. Ett KAUST -team arbetar för att minska dessa siffror med en smart polymer som ändrar färg och aktiverar naturliga antimikrobiella enzymer när bakteriell kontaminering upptäcks.

Konstant exponering för salivbakterier gör tandverktyg, såsom återanvändbara röntgenplattor, idealiska miljöer för virulenta biofilmer. En lösning på detta problem är att belägga enheter med polymerer inbäddade med nanoskala kristaller som långsamt frigör silverjoner, ett brett spektrum biocidmedel. Dock, utmaningar med nanopartikelutlakning, har hindrat utvecklingen av denna teknik.

Docent Niveen Khashab, hennes doktorsexamen studenten Shahad Alsaiari och kollegor från universitetets avancerade membran och porösa materialcentrum insåg att byte till guldnanopartiklar kan ge antimikrobiella beläggningsdetekteringsmöjligheter - dessa små kristaller har känsliga optiska egenskaper som kan ställas in för att upptäcka specifika biomolekylära interaktioner. Men att införliva dem säkert i polymerer krävde nya typer av nanofyllare.

"Nanofillers är små kemiska medel som distribueras i matrisen av en polymerkomposit, "förklarade Khashab." De är dopanter, så de förbättrar det vanliga materialet och introducerar nya egenskaper - i vårt fall, gör beläggningen antibakteriell. "

Teamets tillvägagångssätt använder guldnanokluster behandlade med lysozym enzymer som har medfödda försvar mot patogener, såsom Escherichia coli, allmänt känd som E. coli. De fästa dessa kolloider på ytan av något större, porösa kiseldioxid nanopartiklar fyllda med antibiotika läkemedelsmolekyler.

I vanliga fall, detta guld-kiseldioxidkomplex avger glödande, rött lysrör. Men när lysozymenheterna stöter på bakterier, en stark attraktion för cellväggar sliter guldnanoklusterna från deras kiseldioxidpartners - en åtgärd som samtidigt stänger av fluorescens och frigör antibiotikalasten.

Blandningsexperiment avslöjade de guldbaserade nanofillers som var grundligt integrerade i polymerkompositer och uppvisade minimal utlakning under försök med E. coli. Khashab tillskriver dessa gynnsamma polymerinteraktioner till de skarpa exponerade kanterna på guldkluster på kiseldioxidkulorna

Forskarna testade sitt koncept genom att jämföra röntgenplattor med och utan den smarta polymerbeläggningen. Båda proverna gav samma högupplösta bilder av tänder och benstruktur. Dock, endast den belagda plattan möjliggjorde snabb visuell bedömning av bakteriell kontaminering, helt enkelt genom att belysa enheten med en UV-lampa och leta efter färgförändringar. Framgångsrik frisättning av det antibakteriella medlet minskade också drastiskt uppbyggnaden av biofilm.

"Beläggningsprocessen är enkel, "noterade Khashab." Vi tittar på att förbättra denna teknik för att inkludera andra medicintekniska produkter av olika storlekar och former. "