Sdílet
11. května 2021
Biofilmy jsou rychle se rozmnožující a problematické kolonie bakterií. Způsobují velké ekonomické ztráty, od selhání lékařských implantátů po zvýšenou erozi potrubí v našich městech. Vědci však vyvinuli nízkonákladovou metodu „čištění“ biofilmů, která by společnosti mohla zachránit peníze, životy a zdroje.
Co jsou to biofilmy?
Biofilmy jsou kolonie mikroorganismů, které mohou zahrnovat řasy, bakterie a prvoky. Tato mnohobuněčná společenství produkují látku podobnou lepidlu, která se usadí, často během několika minut, na rozhraní pevné látky a kapaliny. Bakteriální biofilmy jsou velmi odolné, kryjí se ochranným hlenem a jsou odolnější vůči dezinfekčním prostředkům a antibiotikům. „Mají velmi zásadní negativní účinky," uvedl profesor Martin Pumera, hlavní řešitel studie.
V medicíně se biofilmy často nacházejí na lékařských implantátech, zubech, katetrech a jiných površích, což zvyšuje riziko infekce nebo selhání implantátu. Mohou také korodovat vodní potrubí a kontaminovat vodu, což ovlivňuje její chuť, vůni, barvu a bezpečnost. „Jen v USA způsobují roční ztrátu kolem 100 miliard dolarů," uvedl Pumera. Z toho důvodu by účinná robustní metoda odstraňování bakteriálních biofilmů byla velmi cenná.
Mikroroboti bojující proti biofilmu
Mikroroboti a nanoroboti jsou syntetické objekty, které jsou samostatně poháněny za pomocí energie z jejich prostředí. Pohyb usnadňují asymetrické struktury, jako jsou ‚tryskové’ mikromotory mikrojetů nebo spiráloví plavci. Mikroroboti jsou poháněni chemickou energií (např. cukrem), světlem či magnetickým polem. Několik předchozích studií již uvažovalo o použití mikromotorů pro zpracování biofilmů, nicméně většina stávajících mikromotorů je krátkodobá a jejich výroba velmi nákladná.
Pumera a kolegové však syntetizovali mikromotory vyrobené z oxidu zinečnatého dopovaného stříbrem (ZnO: Ag). Oba tyto prvky mají antibakteriální vlastnosti. Jejich mikromotory jsou stabilního kulatého tvaru a pokryté vyčnívajícími mikrotyčkami, které se rozpohybují když na ně posvítíte světlem a během pohybu likvidují biofilmy.
V laboratorních testech tyto mikromotory během 5 minut zabily více než 80% testovaných biofilmů. Zejména bakterii Pseudomonas aeruginosa, která se často vyskytuje v ranách a potrubích pitné vody, byla zabita velmi malým množstvím motorů (1 μg/ml) v krátkém čase. Kromě buněčné smrti způsobily motory poškození, které bránilo tvorbě nového biofilmu.
Tyto výsledky otevírají nové příležitosti pro široké uplatnění mikromotorů při odstraňování biofilmu v oblasti zdravotnictví, průmyslu a životního prostředí.
„Nyní se zaměřujeme na lékařské využití mikro a nanorobotik při odstraňování biofilmů v medicíně," uvedl Pumera. „Pracujeme také na společném chování těchto motorů, aby mohly pracovat společně a koordinovaným způsobem zaútočit na bakterie."
Publikace: M. Ussia, et al., Active Light‐Powered Antibiofilm ZnO Micromotors with Chemically Programmable Properties, Advanced Functional Materials (2021). DOI: 10.1002/adfm.202101178
Zdroj: Advanced Science News (překlad Kateřina Vlková)
Více na Twitter: @PumeraGroup a @FutureEnergyLab