Forskere har afsløret, hvordan nanomaterialer inspireret af insektvinger er i stand til at ødelægge bakterier ved kontakt.
Vingerne på cikader og guldsmede er naturlige bakteriedræbere, et fænomen, der har ansporet forskere til at søge efter måder at besejre lægemiddelresistente superbugs.
Nye antibakterielle overflader er ved at blive udviklet med forskellige nanomønstre, der efterligner insektvingers dødbringende virkning, men videnskabsmænd er kun begyndt at opklare mysterierne om, hvordan de virker.
I en anmeldelse offentliggjort i Nature Reviews Microbiology har forskere detaljeret præcist, hvordan disse mønstre ødelægger bakterier - strækker, skærer eller river dem fra hinanden.
Hovedforfatter, RMIT Universitys fremtrædende professor Elena Ivanova, sagde, at det var afgørende at finde ikke-kemiske måder at dræbe bakterier på, og mere end 700.000 mennesker dør hvert år på grund af lægemiddelresistent bakteriel infektion.
"Bakteriel resistens over for antibiotika er en af de største trusler mod global sundhed, og rutinemæssig behandling af infektioner bliver stadig sværere," sagde Ivanova.
"Når vi kigger på naturen for at få ideer, opdager vi, at insekter har udviklet meget effektive antibakterielle systemer.
"Hvis vi kan forstå præcis, hvordan insekt-inspirerede nanomønstre dræber bakterier, kan vi være mere præcise i at konstruere disse former for at forbedre deres effektivitet mod infektioner.
"Vores ultimative mål er at udvikle billige og skalerbare antibakterielle overflader til brug i implantater og på hospitaler for at levere kraftfulde nye våben i kampen mod dødbringende superbugs."
Bakterie-dræbende overflader
Vingerne på cikader og guldsmede er dækket af bittesmå nanopiller, som var de første nanomønstre udviklet af videnskabsmænd med det formål at efterligne deres bakteriedræbende virkning.
Siden da har de også præcist konstrueret andre nanoformer som ark og ledninger, alle designet til fysisk at beskadige bakterieceller.
Bakterier, der lander på disse nanostrukturer, bliver trukket, strakt eller skåret fra hinanden, sprænger bakteriecellemembranen og til sidst dræber dem.
Den nye anmeldelse for første gang kategoriserer de forskellige måder, hvorpå disse overfladenanomønstre leverer de nødvendige mekaniske kræfter til at sprænge cellemembranen.
"Vores syntetiske biomimetiske nanostrukturer varierer betydeligt i deres antibakterielle ydeevne, og det er ikke altid klart hvorfor," sagde Ivanova.
"Vi har også kæmpet for at finde den optimale form og dimensioner af et bestemt nanomønster for at maksimere dets dødelige kraft.
"Mens de syntetiske overflader, vi har udviklet, tager naturen til næste niveau, selv når vi ser på guldsmede, for eksempel, ser vi, at forskellige arter har vinger, der er bedre til at dræbe nogle bakterier end andre.
"Når vi undersøger vingerne på nanoskala, ser vi forskelle i tætheden, højden og diameteren af de nanopiller, der dækker overfladerne på disse vinger, så vi ved, at det er vigtigt at få nanostrukturerne rigtigt."
Ivanova sagde, at det fortsat var en udfordring at producere nanostrukturerede overflader i store mængder omkostningseffektivt, så de kunne bruges i medicinske eller industrielle applikationer.
Men de seneste fremskridt inden for nanofremstillingsteknologier har vist løfte om at åbne en ny æra med biomedicinsk antimikrobiel nanoteknologi, sagde hun.
Video:
