I ett försök att göra mycket känsliga sensorer för att mäta socker och andra vitala tecken på människors hälsa, Iowa State Universitys Sonal Padalkar kom på hur man deponerar nanomaterial på tyg och papper.

Feedback från en refereegranskad artikel publicerad av ACS Sustainable Chemistry and Engineering när hon beskrev hennes nya tillverkningsteknik nämnde nanomaterialen av metalloxid som biträdande professorn i maskinteknik arbetade med – inklusive zinkoxid, ceriumoxid och kopparoxid, alla på skalor ner till miljarddels meter – har också antimikrobiella egenskaper.

"Jag kan lika gärna se om jag kan göra något annat med den här tekniken, " sade Padalkar. "Och det var så jag började studera antimikrobiella användningar."

Det visar sig att nanomaterial är grova mot mikrober som bakterier. De punkterar faktiskt cellväggarna hos encelliga mikrober, orsakar läckor och i slutändan dödsfall.

Lägg det på en trasa och du kan få en effektiv, kemikaliefri desinfektionsservett.

"Konsekvenserna av våra nuvarande antimikrobiella studier är enorma, " sade Padalkar. "Vi kan hitta applikationer inom breda områden, inklusive vår vardag till många mycket specifika tillämpningar, som kirurgiska enheter på sjukhus."

Men fungerar det på små virus, för?

Mer studier behövs, sade Padalkar. Men, mekanismen skulle vara densamma – att punktera proteinhöljena av virus för att skada och döda mikroberna.

Nanomaterial på en tråd

Padalkar sa att hon har studerat nanomaterial av metalloxid som antimikrobiella medel i cirka åtta månader. Sedan 2018, hon har studerat materialen för användning i olika biosensorer.

Det viktigaste bidraget från hennes labb har varit att ta reda på hur man odlar nanostrukturer av metalloxider billigt, lättvikt, flexibelt tyg och papper. Padalkars tillverkningstekniker är baserade på elektrokemisk avsättning – applicering av elektricitet på tyget eller papperet samtidigt som man applicerar en lösning som innehåller prekursorer till metalloxiderna.

Tester visar att de resulterande nanostrukturerna är konsekventa, stabil och robust. Hon sa att tekniken kunde skalas upp för större ytor och skalas ner hela vägen till en enda tråd.

Hon har också arbetat med Carmen Gomes, en docent i maskinteknik vid Iowa State, att studera den elektrokemiska avkänningen av bakterier med hjälp av zinkoxidnanomaterial avsatta på glas. Än så länge, hon sa att de preliminära uppgifterna ser mycket positiva ut. Projektet kommer att utvidgas till att studera antimikrobiell aktivitet.

Applikationer överallt

Som med de flesta forskningsprojekt, det finns fortfarande frågor att studera och svara på.

"Vilken form, storlek, Nanomaterialets densitet kommer att vara idealisk för detta arbete?" sade Padalkar. "Vilken ytladdning kommer att vara optimal på nanomaterialet så att bakteriell interaktion är möjlig? Vad kommer att vara hållbarheten för sådana nanomaterial som antimikrobiella medel?"

Än så länge, Padalkars fakultetsstartfonder stödjer hennes sökande efter svar. Hon skriver nu ett forskningsförslag för extern finansiering för sitt projekt.

I dessa dagar av handtvätt, social distansering och söka efter handsprit, det finns verkligen ett behov av alla typer av antimikrobiella produkter. Padalkar sa att de antimikrobiella tyg- och pappersprodukterna som möjliggjorts av hennes tillverkningsteknik kan vara användbara i hemmen, på sjukhus och kliniker, på arbetsplatser och skolor och runt gårdar.

"Vi planerar inte att avsluta det här arbetet snart, " sa hon. "Behovet av antimikrobiella produkter är akut och att förstå detaljerna i mekanismen och materialparametrarna är avgörande för framgången för dessa nya material."