Covid-19-pandemin ökar rädslan för nya patogener som virus eller läkemedelsresistenta bakterier. På denna notering, ett koreanskt forskarlag har nyligen uppmärksammats för att utveckla tekniken för att ta bort antibiotikaresistenta bakterier genom att kontrollera ytstrukturen på nanomaterial.

Ett gemensamt forskarlag från POSTECH och UNIST har introducerat blandade FeCo-oxidbaserade yttexturerade nanostrukturer (MTex) som högeffektiv magneto-katalytisk plattform i den internationella tidskriften Nanobokstäver . Teamet bestod av professorerna In Su Lee och Amit Kumar med Dr Nitee Kumari från POSTECHs avdelning för kemi och professor Yoon-Kyung Cho och Dr Sumit Kumar från UNISTs institution för biomedicinsk teknik.

Först, forskarna syntetiserade nanokristaller med släta ytor i vilka olika metalljoner lindades in i ett organiskt polymerskal och värmde dem vid en mycket hög temperatur. Under glödgning av polymerskalet, en kemisk högtemperaturreaktion i fast tillstånd inducerad blandning av andra metalljoner på nanokristallytan, skapa ett antal grenar och hål i få nm-storlek på den. Denna unika ytstruktur visade sig katalysera en kemisk reaktion som producerade reaktiva syrearter (ROS) som dödar bakterierna. Det bekräftades också vara mycket magnetiskt och lätt attraheras mot det yttre magnetfältet. Teamet hade upptäckt en syntetisk strategi för att omvandla normala nanokristaller utan ytegenskaper till mycket funktionella nanokristaller av blandad metalloxid.

Forskargruppen döpte denna yttopografi – med grenar och hål som liknar den på en plöjd åker – 'MTex'. Denna unika ytstruktur har verifierats för att öka rörligheten för nanopartiklar för att möjliggöra effektiv penetrering i biofilmmatris samtidigt som den visar hög aktivitet för att generera reaktiva syrearter (ROS) som är dödliga för bakterier.

Detta system producerar ROS över ett brett pH-område och kan effektivt diffundera in i biofilmen och döda de inbäddade bakterierna som är resistenta mot antibiotika. Och eftersom nanostrukturerna är magnetiska, biofilmskräp kan skrapas ut även från de svåråtkomliga mikrokanalerna.

"Denna nyutvecklade MTex visar hög katalytisk aktivitet, skiljer sig från den stabila släta ytan hos de konventionella spinellformerna, " förklarade Dr Amit Kumar, en av motsvarande författare till tidningen. "Denna egenskap är mycket användbar för att infiltrera biofilmer även i små utrymmen och är effektiv för att döda bakterierna och ta bort biofilmer."

"Denna forskning gör det möjligt att reglera ytans nanotexturisering, vilket öppnar möjligheter att öka och kontrollera exponeringen av aktiva webbplatser, ", kommenterade professor In Su Lee som ledde forskningen. "Vi förväntar oss att ytorna med struktur i nanoskala kommer att bidra väsentligt till att utveckla ett brett spektrum av nya enzymliknande egenskaper vid nano-bio-gränssnittet."