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Wie Insektenflügel Bakterien zerstören
In einer neuen Studie beschreiben Forscher, wie der geäderte Flügel der Clanger-Zikade das erste bekannte Beispiel eines natürlichen Biomaterials ist, das Bakterien bei Kontakt tötet, wobei nur die physikalische Struktur ohne Hilfe von chemischen oder biologischen Agenzien verwendet wird. Winzige Nanostrukturen auf der Flügeloberfläche der Heuschrecken-Insekten reißen die Mikroorganismen einfach auseinander. Durch das Studium solcher physikalischen Eigenschaften hoffen die Forscher, neue antibakterielle Materialien zu entwerfen, die auf Handläufen und ähnlich häufig berührten Oberflächen verwendet werden können.
Das internationale Team von Biophysikern berichtet, wie sie ein detailliertes Modell der nanoskaligen Eigenschaften des Biomaterials in der Biophysikalische Zeitschrift, eine Vordruckausgabe, die am 19. Februar online veröffentlicht wurde.
Die Hauptautorin Elena Ivanova von der australischen Swinburne University of Technology in Hawthorn, Victoria, und Kollegen schlagen vor, dass ihre "Ergebnisse die potenziellen Vorteile der Einbeziehung von Zikadenflügel-Nanostrukturen in das Design antibakterieller Nanomaterialien demonstrieren".
Die Manipulation von Materie auf atomarer und molekularer Ebene, um Materialien mit bemerkenswert vielfältigen und neuen Eigenschaften zu erzeugen, ist ein schnell wachsendes Forschungsgebiet.
Der Maßstab der Nanotechnologie ist der Nanometer (nm), der ein Milliardstel Meter oder 0,000000001 Meter ist. Ein Nanometer ist etwa drei bis fünf Atome breit und etwa 40.000 Mal dünner als ein menschliches Haar.
Die Flügel der Clanger Zikade (Psaltoda claripennis) sind von nanoskaligen "Säulen" bedeckt, die in einem großen hexagonalen Muster angeordnet sind. Auf der Skala der Bakterien sehen sie wie stumpfe Spitzen aus.
Wenn ein Bakterium auf der Flügeloberfläche landet, klebt die Membran, die den einzelligen Mikroorganismus umgibt, an der Oberfläche der nano-großen Säulen, woraufhin sie sich in die Spalten dazwischen zu strecken beginnt. Hier ist die Membran des Bakteriums stark belastet, und wenn es weich genug ist, reißt es.
Ivanova und Kollegen experimentierten mit Bakterien mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften, um zu sehen, was passiert, wenn sie auf der Flügeloberfläche landen. Sie fanden heraus, dass diejenigen mit den starrsten Membranen diejenigen waren, die am seltensten auf den Nanosäulen der Tragflächen platzten.
Sie experimentierten weiter, indem sie die steiferen Bakterien Mikrowellen aussetzten, um ihre Membranen zu erweichen, und zeigten, wenn sie weich genug waren, töteten sie die Nanosäulen.
Die Forscher sagen, dass sie mehr über die Flügeleigenschaften der Zikade herausfinden müssen, bevor sie versuchen können, eine künstliche Version des Nanopattern-Materials herzustellen, doch reichen die Ergebnisse ihrer Studie aus, um sie vorzuschlagen:
"... ein biophysikalisches Modell der Wechselwirkungen zwischen Bakterienzellen und Zikadenflügeloberflächenstrukturen und zeigen, dass mechanische Eigenschaften, insbesondere Zellsteifigkeit, Schlüsselfaktoren bei der Bestimmung der bakteriellen Resistenz / Empfindlichkeit gegenüber der bakteriziden Natur der Flügeloberfläche sind".
Anne-Marie Kietzig, Chemieingenieurin an der McGill Universität in Montreal, Kanada, war an der Studie nicht beteiligt. Sie sagt in einem Bericht von Natur NACHRICHTEN, dass das Modell Ivanova und Kollegen sich entwickeln, könnte eines Tages dazu beitragen, Busgeländer und andere häufig berührte Oberflächen an öffentlichen Orten zu finden. Diese beherbergen oft krankheitserregende Bakterien.
Ein offensichtlicher Vorteil eines solchen Materials ist, dass es "keine aktiven Mittel wie Detergenzien benötigen würde, die oft umweltschädlich sind", fügt sie hinzu.
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Geschrieben von Catharine Paddock
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