En kraftfull lösning på den globala spridningen av antimikrobiell resistens kan snart bli tillgänglig, tack till A*STAR -forskare, som har kommit med ett fysiskt och grönt alternativ till biokemiskt aktiva antibakteriella medel.

Typiskt överförd genom kontakt med förorenade ytor, bakterieinfektioner utgör allvarliga hälsorisker i medicinska miljöer. Små molekylära antibakteriella medel, som vanligtvis används i antiseptika, desinfektionsmedel, och konserveringsmedel, och andra konsumentvårdsprodukter, kan förhindra korsinfektion genom att utplåna bakterier på ytor som ofta berörs. Dock, deras överanvändning bidrar till antimikrobiell resistens. Dessa giftiga och ihållande ämnen kan också skada miljön genom att störa jordens ekologiska balans och äventyra vattenlevande organismer.

Som svar på detta, Yugen Zhang och Yuan Yuan, från Institute of Bioengineering and Nanotechnology har utvecklat nanostrukturerade ytor som förstör bakterier genom fysiska, snarare än biokemiska interaktioner¹. Dessa ytor efterliknar de antimikrobiella mönstren som bildas av ultrasmå pelare på cikadavingar. "Förutom att vara ren och säker, denna teknik kräver inte externt applicerade kemikalier, säger Zhang.

Forskarna lade till en zinkbaserad lösning på olika ytor, inklusive gummi, glas, trä, och metallfolie, nedsänkte sedan ytorna i en vattenlösning innehållande aminrik 2-metylimidazol för att bilda en så kallad zeolitisk imidazolat-rambeläggning. Beläggningen bestod av en rad små, positivt laddade dolkliknande kristaller som växte vinkelrätt mot substraten.

"Vi använde billiga material och en enkel metod för att skapa denna nanodolkstruktur på olika typer av ytor, "säger Zhang och noterar att hans team var tvunget att prova många formler innan de hittade rätt tillväxtförhållanden.

Oavsett det belagda underlaget, nanodolk-matriserna dödade effektivt de antibiotikaresistenta bakterierna Escherichia coli och Staphylococcus aureus samt svampen Candida albicans, visar deras breda tillämpbarhet. De behöll också sin antibakteriella aktivitet när de exponerades fyra gånger i rad för E. coli under två månader, bevisar deras hållbarhet.

Enligt Zhang, de positiva laddningarna som placeras på nanodolkarna lockar först till sig bakterieceller som bär negativt laddade membran, så att de fastnar på den belagda ytan. Nästa, de vassa nanodolkarna spricker cellmembranen genom elektrostatiska och gravitationskrafter.

"Vi är verkligen glada över den utmärkta bakteriedödande egenskapen hos denna teknik och tror att den kommer att ha omfattande tillämpningar i verkliga livet, "säger Zhang. Hans team arbetar för närvarande med att utveckla prototyper av nanodolkar och andra antimikrobiella nanomönstrade ytor med olika material.