I film microbici rigidi spesso ricoprono i dispositivi medici, articoli per la casa e infrastrutture come l'interno dei tubi di approvvigionamento idrico, e può portare a pericolose infezioni. I ricercatori hanno sviluppato un sistema che sfrutta il potere delle bolle per spingere minuscole particelle attraverso le superfici di queste pellicole resistenti e fornire un colpo mortale antisettico ai microbi che vivono all'interno.

I biofilm sono colonie viscide di microbi tenute insieme da impalcature interne, aggrappandosi a tutto ciò che toccano. Circa l'80% di tutte le infezioni mediche proviene da biofilm che invadono i meccanismi interni dei dispositivi ospedalieri e degli impianti all'interno dei pazienti. L'eradicazione è difficile perché i disinfettanti e gli antibiotici tradizionali non possono penetrare efficacemente nella superficie dura di un biofilm, hanno detto i ricercatori.

Nel diario Materiali applicati e interfacce , un team guidato da ricercatori dell'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign descrive come hanno usato le diatomee, i minuscoli scheletri di alghe, caricati con una sostanza chimica che genera ossigeno per distruggere i microbi.

"La maggior parte di noi ha quelle macchie nere o gialle nelle docce di casa, " ha detto il co-autore Hyunjoon Kong, un professore di ingegneria chimica e biomolecolare e un affiliato del Carle Illinois College of Medicine. "Quei punti sono biofilm e la maggior parte di noi sa che ci vuole molta energia per rimuoverli. Immagina di provare a farlo all'interno dello spazio ristretto del tubo di un dispositivo medico o di un impianto. Sarebbe molto difficile".

Guardando alla natura e alla meccanica di base per una soluzione, i ricercatori hanno sviluppato un sistema che utilizza diatomee naturalmente abbondanti insieme a perossido di idrogeno e minuscoli fogli generatori di ossigeno dell'ossido di manganese composto.

"Avremmo potuto fabbricare una particella usando stampanti 3D, ma fortunatamente la natura ci ha già fornito un'opzione economica e abbondante in diatomee, " ha detto il coautore e ricercatore postdottorato Yongbeom Seo. "Le specie di diatomee che abbiamo selezionato sono cave, altamente poroso e a forma di bastoncino, fornendo molta superficie per la formazione delle bolle e un canale per la fuoriuscita delle bolle".

La reazione chimica tra i nanofogli di perossido di idrogeno e ossido di manganese avviene all'interno dello spazio vuoto all'interno della diatomea. Il risultato è un fiorire di microbolle che scorrono attraverso il minuscolo canale, spingendo in avanti le diatomee rigide con una forza sufficiente a rompere la superficie e la struttura interna dei biofilm, hanno detto i ricercatori.

"Dopriamo le particelle con nanofogli di ossido di manganese, quindi mescolarli con perossido di idrogeno e applicarlo sulla superficie del biofilm, "Kong ha detto. "Una volta che le diatomee penetrano nella struttura interna del biofilm, continuano ad espellere bolle e facilitano l'ingresso di acqua ossigenata, che è un disinfettante efficace contro batteri e funghi."

I ricercatori ritengono che il loro successo sia il risultato di una decisione di concentrarsi sugli aspetti meccanici della distruzione del biofilm, non gli aspetti chimici della semplice uccisione dei microbi.

"Siamo arrivati ​​a una soluzione meccanicistica per questo problema e le possibilità per questa tecnologia sono infinite, " ha detto il co-autore Simon Rogers, professore di ingegneria chimica e biomolecolare. "Stiamo discutendo la nostra ricerca con medici che hanno molte idee entusiasmanti su come utilizzare questo sistema a cui non avevamo nemmeno pensato in origine, come la rimozione della placca dentale”.