Während die Wörter "Haifisch" und "Angriff" normalerweise nicht gut in demselben Satz verheißen, neu Forschungsprojekte zeigt, dass, wenn es darum geht, Bakterien zu bekämpfen, sie eine positive Paarung sein können.
Durch die Nachahmung der natürlichen Eigenschaften von Haifischhaut haben Wissenschaftler von UMass Amherst eine neue Art von Oberflächenbeschichtung entwickelt, die mit antimikrobiellen Wirkstoffen angereichert ist, die Objekte abdecken und Bakterien angreifen können.
Die Forschung kommt zu einer Zeit, in der übermäßiger Gebrauch von Antibiotika zu Superbugs führt Bedrohung der globalen Gesundheit, Ernährungssicherheit und Entwicklung.
Allein in den USA werden mindestens 2 Millionen Menschen jedes Jahr mit Bakterien infiziert, die gegen Antibiotika resistent sind, was mindestens 23,000-Todesfälle pro Jahr zur Folge hat. nach den US-Zentren für Krankheitskontrolle und Prävention.
Die Forschung wird veröffentlicht in ACS Applied Materials & Interfaces.
Von Haien inspiriert
Forscher von UMass Amherst sind nicht die ersten, die eine von Haihaut inspirierte Oberfläche verwenden. Institutionen wie Sharklet-Technologien haben neue Materialien verwendet, um Haifischhaut nachzuahmen und Mikroben daran zu hindern, an Oberflächen mit hoher Berührungsfläche zu haften.
Aber warum Haifischhaut?
Den Forschern zufolge besitzt die natürliche diamantartige Struktur von Haifischhaut einzigartige Eigenschaften, die die Ansammlung von Organismen verhindern können.
"Echte Haifischhaut hat einzigartige Eigenschaften, die das Bewuchs von Seepocken, Algen und anderen Arten von Biofoulant auf der Haut verhindert", sagte Feyza Dundar Arisoy, ein Doktorand in der Abteilung Polymer Science and Engineering bei UMass Amherst und erster Autor des Papiers. "Wenn Haifischhauteigenschaften auf Bakteriengröße reduziert werden, verhindert das gleiche Muster Bakterienfäulnis auf der Oberfläche."
Frühere Entwicklungen der von der Haifischhaut inspirierten Technologie führten jedoch zu einer Ansammlung von Bakterien nach längerem Gebrauch.
Jetzt haben die UMass Amherst-Forscher eine Methode entwickelt, um dieses Problem zu umgehen und Hai-Haut-inspirierte Oberflächen noch effektiver zu machen.
Die UMass Amherst Methode
Um eine länger haltbare Beschichtung zu schaffen, haben die Forscher ihre Haifischhautoberflächen mit Polymer- und Keramikkompositen bedruckt und mit photokatalytischem antimikrobiellem Titandioxid infundiert (TiO2) Nanopartikel.
"Anders als andere antibakterielle Mittel bleichen Titandioxid-Nanopartikel nicht aus. Dieser Vorteil macht Titandioxid zum idealen Kandidaten für Langzeitanwendungen ", sagte Arisoy.
Wenn TiO2-Nanopartikel ultraviolettem (UV) Licht ausgesetzt werden, bilden chemische Reaktionen mit Wasser- und Hydroxidmolekülen Reaktionen, die bei Kontakt die äußeren Membranen von Bakterien zerreißen und zum Zelltod führen.
Dieser Prozess ermöglicht den Haifischhautoberflächen, Bakterien erfolgreicher zu bekämpfen.
Zum Beispiel, in Experimenten, bei denen die Oberflächen der Haihaut gegen E. coli getestet wurden, fanden die Forscher, dass ohne die TiO2 Nanopartikel, die Haifischhaut reduziert die Anhaftung von Bakterien um 70 Prozent.
Mit TiO2-Nanopartikeln fanden sie jedoch heraus, dass Haifischoberflächen, die für eine Stunde UV-Licht ausgesetzt waren, über 95 Prozent von E. coli und 80 Prozent von Staphylococcus aureus abgetötet wurden.
Anwendungen
Bisher haben die Forscher die von der Haihaut inspirierten Oberflächen erfolgreich gegen E. coli und E. coli getestet Staphylococcus aureus und arbeiten daran, photokatalytische Oberflächen für weitere Anwendungen herzustellen.
Gegenwärtig wird die Beschichtung durch eine Originalform hergestellt und ist auf 4 x 4 Zolloberflächen beschränkt, aber sie glauben, dass sie leicht für die Massenproduktion dimensioniert werden kann.
Die Materialien können auch für unterschiedliche Anwendungen und Umgebungen angepasst werden, von weichen und biegsamen Polymeren bis hin zu harten und wasserbeständigen Keramiken, so die Forscher.
"Unsere Methode ist eine lösungsverarbeitbare, Rolle-zu-Rolle-kompatible Technik und kann leicht auf einem großen Gebiet hergestellt werden", sagte Arisoy.
Mit dem Zustrom bakterienresistenter Infektionen könnte die von Haifischhaut inspirierte Technologie ein wichtiger Schritt sein, um die Ausbreitung von Krankheiten zu verhindern.
So könnten in naher Zukunft gewöhnliche Gegenstände wie Türknäufe und Bettgitter von Krankenhäusern mit einer von Haihaut inspirierten Oberfläche bedeckt werden, um eine Massenausbreitung von Infektionen zu verhindern.
