Des films microbiens rigides recouvrent souvent les dispositifs médicaux, articles ménagers et infrastructures tels que l'intérieur des tuyaux d'approvisionnement en eau, et peut conduire à des infections dangereuses. Les chercheurs ont développé un système qui exploite la puissance des bulles pour propulser de minuscules particules à travers les surfaces de ces films durs et délivrer un coup mortel antiseptique aux microbes vivant à l'intérieur.

Les biofilms sont des colonies visqueuses de microbes maintenus ensemble par des échafaudages internes, s'accrocher à tout ce qu'ils touchent. Environ 80 pour cent de toutes les infections médicales proviennent de biofilms qui envahissent le fonctionnement interne des dispositifs hospitaliers et des implants à l'intérieur des patients. L'éradication est difficile car les désinfectants et antibiotiques traditionnels ne peuvent pas pénétrer efficacement la surface dure d'un biofilm, les chercheurs ont dit.

Dans la revue Matériaux appliqués et interfaces , une équipe dirigée par des chercheurs de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign décrit comment ils ont utilisé des diatomées, de minuscules squelettes d'algues, chargées d'un produit chimique générateur d'oxygène pour détruire les microbes.

"La plupart d'entre nous ont ces taches noires ou jaunes dans nos douches à la maison, " a déclaré le co-auteur Hyunjoon Kong, professeur de génie chimique et biomoléculaire et affilié au Carle Illinois College of Medicine. "Ces taches sont des biofilms et la plupart d'entre nous savent qu'il faut beaucoup d'énergie pour les éliminer. Imaginez essayer de le faire dans l'espace confiné du tube d'un dispositif médical ou d'un implant. Ce serait très difficile."

En regardant vers la nature et la mécanique de base pour une solution, les chercheurs ont développé un système qui utilise des diatomées naturellement abondantes ainsi que du peroxyde d'hydrogène et de minuscules feuilles génératrices d'oxygène du composé oxyde de manganèse.

"Nous aurions pu fabriquer une particule à l'aide d'imprimantes 3D, mais heureusement la nature nous a déjà fourni une option bon marché et abondante en diatomées, " a déclaré le co-auteur et chercheur postdoctoral Yongbeom Seo. " Les espèces de diatomées que nous avons sélectionnées sont creuses, très poreux et en forme de tige, fournissant beaucoup de surface pour que les bulles se forment et un canal pour que les bulles s'échappent."

La réaction chimique entre les nanofeuillets de peroxyde d'hydrogène et d'oxyde de manganèse a lieu dans l'espace vide à l'intérieur de la diatomée. Le résultat est une floraison de microbulles qui s'écoulent dans le petit canal, propulser les diatomées rigides vers l'avant avec suffisamment de force pour briser la surface et la structure interne des biofilms, les chercheurs ont dit.

"On dope les particules avec des nanofeuillets d'oxyde de manganèse, puis mélangez-les avec du peroxyde d'hydrogène et appliquez-le à la surface du biofilm, " a déclaré Kong. " Une fois que les diatomées ont réussi à pénétrer dans la structure interne du biofilm, ils continuent à expulser les bulles et facilitent l'entrée du peroxyde d'hydrogène, qui est un désinfectant efficace contre les bactéries et les champignons."

Les chercheurs pensent que leur succès est le résultat d'une décision de se concentrer sur les aspects mécaniques de la destruction du biofilm, pas les aspects chimiques de simplement tuer les microbes.

"Nous sommes arrivés à une solution mécanique à ce problème et les possibilités de cette technologie sont infinies, " a déclaré le co-auteur Simon Rogers, professeur de génie chimique et biomoléculaire. "Nous discutons de nos recherches avec des cliniciens qui ont de nombreuses idées passionnantes sur la façon d'utiliser ce système auxquelles nous n'avions même pas pensé à l'origine, comme l'élimination de la plaque dentaire."