Bakterier som bildar biofilm orsakar stora problem i vården. Forskare vid Chalmers har nu utvecklat en metod som dödar bakterier utan antibiotika eller giftiga metaller – med hjälp av årets Nobelprisbelönade material, metallorganiska ramverk.
Bakterier som fastnar på ytor kan växa och bilda biofilm – ett segt hölje som skyddar bakterierna och gör dem svåra att bekämpa. Biofilmer trivs i fuktiga miljöer och orsakar stora problem inom vården, där bakterier kan fästa på katetrar, implantat och andra medicintekniska produkter. Det kan leda till vårdrelaterade infektioner och ökad risk för antibiotikaresistens.
Beläggning dödar bakterier
I en studie visar nu forskare på Chalmers att de hittat ett nytt sätt att angripa biofilm genom att skapa en beläggning med en sorts nanostrukturer – metallorganiska ramverk – som dödar bakterier mekaniskt.
– Vår studie visar att de här strukturerna kan fungera som en form av spetsar som fysiskt skadar bakterierna, och helt enkelt punkterar dem så att de dör. Det är ett helt nytt sätt att använda metallorganiska ramverk, säger Zhejian Cao, forskare i materialteknik vid Chalmers i ett pressmeddelande.
Beläggningen är uppbyggd på ett sätt som gör att den kan appliceras på en mängd olika ytor, och också användas med andra material. En stor fördel, enligt forskarna, är att metoden förhindrar eller minskar bildning av biofilm utan att antibiotika eller giftiga metaller behöver användas.
– Det motverkar ett stort globalt problem, eftersom det eliminerar risken för att bakteriebekämpningen orsakar antibiotikaresistens, säger Zhejian Cao.
Upptäckare får kemipriset
Metallorganiska ramverk, så kallade MOF-material, är en relativt ny materialklass vars upptäckare belönas med 2025 års Nobelpris i kemi. MOF består av metalljoner som binds samman till tredimensionella nätverk med stora håligheter och kanaler, vilket ger materialen speciella egenskaper.
Tekniken väntas få bred användning, bland annat för biogaslagring, koldioxidinfångning, katalys och för att utvinna vatten ur torr luft. Chalmersforskarna har utforskat en helt annan funktion i sin studie.
– Det har gjorts tidigare försök att använda metallorganiska ramverk för antibakteriella ändamål, men då har bakterierna dödats av giftiga metalljoner eller antimikrobiella medel som strukturerna har släppt ut. Vi har i stället odlat en MOF-struktur ovanpå en annan, vilket gör att det bildas vassa nanospetsar som tränger igenom och dödar bakterierna när de närmar sig, säger Zhejian Cao.
Rätt avstånd löste utmaning
Nanospetsarna skapades genom att kontrollera kristalltillväxten i materialet. En stor utmaning var att hitta rätt avstånd mellan dem för att maximera effekten.
– Om avståndet mellan spetsarna är för stort kan bakterier slinka igenom och fästa på ytan. Om avståndet i stället är för litet kan spetsarnas mekaniska belastning på bakteriehöljet minska så att bakterierna klarar sig undan – samma mekanism som gör att man kan ligga på en spikmatta utan att skada sig, säger Zhejian Cao.
Storskalig produktion möjlig
Forskaren Lars Öhrström, som har arbetat med metallorganiska ramverk i 30 år, lyfter fram flera praktiska fördelar med att använda MOF-beläggningar för bakteriebekämpning på ytor.
– De här beläggningarna kan produceras vid mycket lägre temperaturer än till exempel de spikar av grafen som tidigare har tagits fram på Chalmers. Det underlättar för storskalig produktion och gör det möjligt att applicera beläggningarna på temperaturkänsliga material, till exempel de plaster som används i medicinska implantat, säger Lars Öhrström, professor i kemiteknik vid Chalmers och fortsätter:
– Dessutom kan de organiska polymererna i metallorganiska ramverk skapas från återvunnen plast, vilket potentiellt kan bidra till en cirkulär ekonomi.
Biofilm orsakar problem på många håll
När bakterier fäster vid en yta börjar de producera ett segt, skyddande hölje. Detta skapar en gemensam struktur – biofilm – där bakterierna kan växa och kapsla in sig. De blir då betydligt svårare att bekämpa.
Förutom att det orsakar problem i vården kan biofilm också bildas på fartygsskrov och leda till påväxt av alger och havstulpaner, vilket sänker fartygens fart och ökar bränsleförbrukningen. Dessutom används ofta biocidfärger, som innehåller giftiga bekämpningsmedel, i kampen mot biofilm på skrovet. Detta skapar risk för att skadliga ämnen läcker ut i vattnet.
Även industriella rörsystem kan drabbas, med korrosion, igensättningar och högre energiförbrukning som resultat.
Vetenskaplig artikel:
Mechano-Bactericidal Surfaces Achieved by Epitaxial Growth of Metal-Organic Frameworks, Advanced Science.
