Kredit:Pixabay/CC0 Public Domain
Inspirerade av de bakteriedödande vingarna hos insekter som cikador, har forskare utvecklat en naturlig antibakteriell textur för användning på livsmedelsförpackningar för att förbättra hållbarheten och minska avfallet. Den labbtillverkade nanotexturen från ett australiensiskt-japanskt team av forskare dödar upp till 70 % av bakterierna och behåller sin effektivitet när den överförs till plast.
Mer än 30 % av maten som produceras för mänsklig konsumtion blir avfall, och hela transporter avvisas om bakterietillväxt upptäcks. Forskningen sätter scenen för att avsevärt minska avfallet, särskilt inom kött- och mejeriexport, samt förlänga hållbarheten och förbättra kvaliteten, säkerheten och integriteten hos förpackad mat i industriell skala.
Den framstående professorn Elena Ivanova vid RMIT University sa att forskargruppen framgångsrikt hade tillämpat ett naturligt fenomen på ett syntetiskt material - plast. "Att eliminera bakteriell kontaminering är ett stort steg för att förlänga hållbarheten för livsmedel", sa hon.
"Vi visste att vingarna på cikador och trollsländor var mycket effektiva bakteriedödare och kunde hjälpa till att inspirera till en lösning, men att replikera naturen är alltid en utmaning. Vi har nu skapat en nanotexturering som efterliknar den bakterieförstörande effekten av insektsvingar och behåller sin antibakteriella effekt. kraft vid tryck på plast. Detta är ett stort steg mot en naturlig, icke-kemisk, antibakteriell förpackningslösning för livsmedels- och tillverkningsindustrin."
Forskningen, publicerad i ACS Applied Nano Materials, är ett samarbete mellan RMIT, Tokyo Metropolitan University och Mitsubishi Chemicals The KAITEKI Institute. Under 2015 exporterade Australien 3,1 miljarder USD i livsmedels- och jordbruksexport till Japan, vilket gjorde det till den femte största exportören av sådana produkter till landet.
Så fungerar det
Slände- och cikadvingar täcks av ett stort antal nanopelare - trubbiga spikar av liknande storlek som bakterieceller. När bakterier sätter sig på en vinge drar mönstret av nanopelare cellerna isär, spricker deras membran och dödar dem. "Det är som att sträcka ut en latexhandske," sa Ivanova. "När den långsamt sträcker sig kommer den svagaste punkten i latexen att bli tunnare och så småningom slitas sönder."
Ivanovas team utvecklade sin nanotextur genom att replikera insekters nanopelare och utveckla sina egna nanomönster. För att bedöma mönstrets antibakteriella förmåga övervakades bakterieceller vid RMITs mikroskopi- och mikroanalysanläggning i världsklass. De bästa antibakteriella mönstren delades med Japan-teamet, som utvecklade ett sätt att reproducera mönstren på plastpolymer.
Tillbaka i Australien testade Ivanovas team nanomönstren i plast och hittade det som bäst replikerade insektsvingar men som också är lättast att tillverka och skala upp. Ivanova sa att det var svårare att hantera plast än andra material som kisel och metaller, på grund av dess flexibilitet. "Nanotextureringen som skapas i den här studien håller i sig när den används i styv plast. Vår nästa utmaning är att anpassa den för användning på mjukare plaster", sa hon.
Sedan Ivanova och hennes kollegor upptäckte den bakteriedödande naturen hos insektsvingar för ett decennium sedan, har de arbetat med att designa det optimala nanomönstret för att utnyttja insekters bakteriedödande krafter och använda det på en rad olika material. Tills nyligen var det svårt att hitta lämplig teknik för att reproducera denna nanotexturering i en skala som lämpar sig för tillverkning.
Men nu finns det teknologi för att skala upp och använda antibakteriella egenskaper på förpackningar, bland en rad andra potentiella tillämpningar, som personlig skyddsutrustning.
Deras nya forskning bygger på en studie från 2020 om att använda insektsinspirerade nanomaterial för att bekämpa superbugs. Teamet är angelägna om att samarbeta med potentiella partners i nästa steg av forskningen – uppskalning av tekniken och fastställande av de bästa sätten att masstillverka den antibakteriella förpackningen. + Utforska vidare
