I batteri amano colonizzare le superfici all'interno del tuo corpo, ma hanno difficoltà a superare il tuo robusto, pelle salata. Gli interventi chirurgici per l'impianto di dispositivi medici spesso danno a tali batteri l'opportunità necessaria per entrare nella cavità corporea, permettendo agli impianti stessi di agire poi come superficie di crescita ideale per i biofilm.

Un gruppo di ricercatori dell'Istituto di ceramica di Shanghai nell'Accademia cinese delle scienze sta cercando di combattere queste pericolose infezioni sottocutanee aggiornando la tua nuova anca o rotula in un modo apprezzato fin dai tempi antichi:l'aggiunta di oro. Descrivono i risultati dei test con un nuovo materiale antibatterico che hanno sviluppato sulla base di nanoparticelle d'oro nella rivista Lettere di fisica applicata .

"Le infezioni associate all'impianto sono diventate un problema ostinato che spesso causa il fallimento dell'intervento chirurgico, " disse Xuanyong Liu, ricercatore principale del team presso lo Shanghai Institute of Ceramics. Progettare impianti in grado di uccidere i batteri supportando la crescita ossea, Liu ha detto, è un modo efficiente per migliorare l'osteointegrazione in vivo.

Il biossido di titanio è in grado di uccidere i batteri grazie alle sue proprietà di fotocatalizzatore. Quando il metallo è esposto alla luce, diventa energeticamente eccitato assorbendo fotoni. Questo genera coppie elettrone-lacuna, trasformando la titania in un potente accettore di elettroni che può destabilizzare i processi della membrana cellulare usurpando l'accettore terminale della catena di trasporto degli elettroni. La membrana viene gradualmente destabilizzata da questo furto, facendo fuoriuscire la cellula fino alla morte.

Le condizioni oscure all'interno del corpo umano, però, limitare l'efficacia battericida del biossido di titanio. Nanoparticelle d'oro, anche se, possono continuare ad agire come accettori di elettroni terminali antibatterici nell'oscurità, a causa di un fenomeno chiamato risonanza plasmonica superficiale localizzata. I plasmoni di superficie sono oscillazioni collettive di elettroni che si verificano all'interfaccia tra conduttori e dielettrici, come tra oro e biossido di titanio. Le oscillazioni degli elettroni localizzate su scala nanometrica provocano l'eccitazione delle nanoparticelle d'oro e il passaggio di elettroni alla superficie del biossido di titanio, permettendo così alle particelle di diventare accettori di elettroni.

Liu e il suo team hanno anodizzato elettrochimicamente il titanio per formare array di nanotubi di biossido di titanio, e poi ha ulteriormente depositato gli array con nanoparticelle d'oro in un processo chiamato magnetron sputtering. I ricercatori hanno quindi permesso a Staphylococcus aureus ed Escherichia coli di crescere separatamente sugli array:entrambi gli organismi non hanno avuto molto successo, esibendo danni alla membrana profusi e perdite cellulari.

Mentre le nanoparticelle d'argento sono state precedentemente esplorate come agente antibatterico per i trapianti in vivo, causano effetti collaterali significativi come citotossicità e danni agli organi, considerando che l'oro è molto più stabile chimicamente, e quindi più biocompatibile.

"I risultati possono aprire nuove intuizioni per una migliore progettazione di applicazioni antibatteriche basate su nanoparticelle di metalli nobili, " ha detto Liù.