Elektrokatalytische sterilisatie: nanodraden produceren gelokaliseerde zeer alkalische micro -omgevingen om bacteriën te doden

Schadelijke micro -organismen zoals bacteriën vormen een van de grootste bedreigingen voor de menselijke gezondheid. Efficiënte sterilisatiemethoden zijn dus een noodzaak.

In het dagboek Angewandte Chemieeen onderzoeksteam heeft nu een nieuwe, duurzame, elektrokatalytische sterilisatiemethode geïntroduceerd op basis van elektroden bedekt met koperoxide nanodraden. Deze genereren zeer sterke lokale elektrische velden, waardoor zeer alkalische micro -omgevingen worden geproduceerd die bacteriën efficiënt doden.

Conventionele desinfectiemethoden, zoals chlorering, behandeling met ozon, waterstofperoxide-oxidatie en bestraling met ultraviolet licht hebben nadelen, waaronder schadelijke bijproducten en een hoog energieverbruik.

Elektrochemische desinfectiemethoden, die voornamelijk afhankelijk zijn van een gepulseerd hoogspanningsveld en de elektrokatalytische generatie van zeer oxidatieve radicalen, zijn efficiënter en duurzamer. Ze vereisen echter een hoge spanning of een significante gastoevoer, die hun toepassing in de praktijk beperkt.

Een team onder leiding van Tong Sun en Yuanhong Xu aan de Qingdao University (China) heeft nu een roman voorgesteld, in situ, elektrokatalytische sterilisatiemethode die gelokaliseerde zeer alkalische micro -omgevingen in neutrale elektrolyten in een constante stroom bij relatief lage spanning induceert. De meeste bacteriën kunnen niet overleven in zulke extreem alkalische omgevingen.

De methode is succesvol vanwege kathoden gemaakt van een koperdraadmesh dat is bedekt met koperoxide nanodraden. Op sterk gebogen structuren zoals de uiteinden van nanodraden kunnen extreem sterke lokale elektrische velden worden gevormd, waardoor elektrokatalysatoren zeer effectief kunnen functioneren.

Bij de kathode vergemakkelijkt de waterstofevolutiereactie (haar) de efficiënte adsorptie van hydroniumionen (h₃O⁺) door de nanodraden, waardoor een snelle toename van de hydroxide-ionenconcentratie (OH-) in hun directe omgeving wordt geproduceerd. Dit produceert een gelokaliseerde, zeer alkalische micro -omgeving. De totale pH -waarde van de sterilisatieoplossing is slechts licht verhoogd, dus het vereist geen neutralisatie vóór verwijdering.

De resulterende zeer alkalische micro -omgeving doodt binnen enkele minuten bacteriën, zoals het team demonstreerde met Escherichia coli (E. coli). De bacteriën worden gedood door ineenstorting van eiwittransport door het bacteriële celmembraan omdat er in deze omgeving effectief geen protonen beschikbaar zijn.

Dit remt ATP -synthese, wat resulteert in een energietekort en oxidatieve stress. Bovendien is de NADPH/NAD⁺ Evenwicht, cruciaal voor genregulatie en metabolisme, wordt verstoord. De bacteriën sterven af.

Deze nieuwe aanpak zou een startpunt kunnen zijn voor de ontwikkeling van krachtige, nanostructureerde elektrokatalysatoren voor efficiënte, milieuvriendelijke en veilige elektrochemische desinfectiestrategieën voor verschillende sterilisatietoepassingen.