Las películas microbianas rígidas a menudo recubren los dispositivos médicos, artículos domésticos e infraestructura, como el interior de las tuberías de suministro de agua, y puede provocar infecciones peligrosas. Los investigadores han desarrollado un sistema que aprovecha el poder de las burbujas para impulsar partículas diminutas a través de las superficies de estas películas resistentes y dar un golpe mortal antiséptico a los microbios que viven en su interior.

Las biopelículas son colonias viscosas de microbios unidos por andamios internos, aferrándose a cualquier cosa que toquen. Alrededor del 80 por ciento de todas las infecciones médicas se originan en biopelículas que invaden el funcionamiento interno de los dispositivos e implantes hospitalarios dentro de los pacientes. La erradicación es difícil porque los desinfectantes y antibióticos tradicionales no pueden penetrar eficazmente la superficie dura de una biopelícula. dijeron los investigadores.

En el diario Materiales e interfaces aplicados , un equipo dirigido por investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign describe cómo usaron diatomeas, los diminutos esqueletos de algas, cargadas con un químico generador de oxígeno para destruir microbios.

"La mayoría de nosotros tenemos esas manchas negras o amarillas en nuestras duchas en casa, "dijo el coautor Hyunjoon Kong, profesor de ingeniería química y biomolecular y afiliado a la Facultad de Medicina de Carle Illinois. "Esas manchas son biopelículas y la mayoría de nosotros sabemos que se necesita mucha energía para eliminarlas. Imagínese intentar hacer esto dentro del espacio confinado del tubo de un dispositivo médico o implante. Sería muy difícil".

Buscando una solución a la naturaleza y la mecánica básica, Los investigadores desarrollaron un sistema que utiliza diatomeas abundantes de forma natural junto con peróxido de hidrógeno y pequeñas láminas del compuesto óxido de manganeso que generan oxígeno.

"Podríamos haber fabricado una partícula con impresoras 3-D, pero por suerte la naturaleza ya nos brindó una opción barata y abundante en diatomeas, "dijo el coautor e investigador postdoctoral Yongbeom Seo." Las especies de diatomeas que seleccionamos son huecas, altamente poroso y en forma de varilla, proporcionando una gran superficie para que se formen las burbujas y un canal para que las burbujas escapen ".

La reacción química entre las nanohojas de peróxido de hidrógeno y óxido de manganeso tiene lugar dentro del espacio vacío dentro de la diatomea. El resultado es un florecimiento de microburbujas que fluyen a través del pequeño canal, impulsar las diatomeas rígidas hacia adelante con suficiente fuerza para romper la superficie y la estructura interna de las biopelículas, dijeron los investigadores.

"Dopamos las partículas con nanoláminas de óxido de manganeso, luego mézclelos con peróxido de hidrógeno y aplíquelo a la superficie de la biopelícula, ", Dijo Kong." Una vez que las diatomeas atraviesan la estructura interna de la biopelícula, continúan expulsando burbujas y facilitan la entrada de peróxido de hidrógeno, que es un desinfectante eficaz contra bacterias y hongos ".

Los investigadores creen que su éxito es el resultado de la decisión de centrarse en los aspectos mecánicos de la destrucción de biopelículas. no los aspectos químicos de simplemente matar microbios.

"Hemos llegado a una solución mecanicista para este problema y las posibilidades de esta tecnología son infinitas, "dijo el coautor Simon Rogers, profesor de ingeniería química y biomolecular. "Estamos discutiendo nuestra investigación con médicos que tienen muchas ideas interesantes sobre cómo usar este sistema en las que ni siquiera pensamos originalmente, como la eliminación de la placa dental ".