Neue antibakterielle Verpackung?
Antibakterielle Texturierung tötet Bakterien ab und verlängert die Haltbarkeit von Lebensmitteln
Die im Labor hergestellte Nanotextur eines australisch-japanischen Wissenschaftlerteams tötet bis zu 70 % der Bakterien ab und behält ihre Wirksamkeit, wenn sie auf Kunststoff übertragen wird.
Die Nanosäulen auf der Oberfläche eines Libellenflügels (20.000-fache Vergrößerung).
RMIT University
Mehr als 30 % der für den menschlichen Verzehr produzierten Lebensmittel werden zu Abfall, wobei ganze Lieferungen zurückgewiesen werden, wenn Bakterienwachstum festgestellt wird.
Die Forschung schafft die Voraussetzungen für eine deutliche Verringerung der Abfälle, insbesondere bei Fleisch- und Milchexporten, sowie für eine Verlängerung der Haltbarkeit und eine Verbesserung der Qualität, Sicherheit und Unversehrtheit von verpackten Lebensmitteln im industriellen Maßstab.
Die Professorin Elena Ivanova von der RMIT-Universität in Melbourne, Australien, erklärte, das Forschungsteam habe erfolgreich ein natürliches Phänomen auf ein synthetisches Material - Kunststoff - angewendet.
"Die Beseitigung der bakteriellen Kontamination ist ein wichtiger Schritt zur Verlängerung der Haltbarkeit von Lebensmitteln", sagte sie.
"Wir wussten, dass die Flügel von Zikaden und Libellen hocheffiziente Bakterientöter sind und zu einer Lösung beitragen könnten, aber es ist immer eine Herausforderung, die Natur nachzuahmen.
"Wir haben jetzt eine Nanotextur entwickelt, die die bakterientötende Wirkung von Insektenflügeln nachahmt und ihre antibakterielle Wirkung beibehält, wenn sie auf Kunststoff gedruckt wird.
"Dies ist ein großer Schritt in Richtung einer natürlichen, nicht-chemischen, antibakteriellen Verpackungslösung für die Lebensmittel- und Fertigungsindustrie.
Die in der Zeitschrift ACS Applied Nano Materials veröffentlichte Forschungsarbeit ist eine Zusammenarbeit zwischen dem RMIT, der Tokyo Metropolitan University und dem KAITEKI-Institut von Mitsubishi Chemical.
Im Jahr 2015 exportierte Australien Lebensmittel und landwirtschaftliche Erzeugnisse im Wert von 3,1 Mrd. USD nach Japan und ist damit der fünftgrößte Exporteur solcher Produkte in dieses Land.
Wie das funktioniert
Die Flügel von Libellen und Zikaden sind mit einer Vielzahl von Nanosäulen bedeckt - abgestumpften Stacheln von ähnlicher Größe wie Bakterienzellen.
Wenn sich Bakterien auf einem Flügel ansiedeln, reißt das Muster der Nanosäulen die Zellen auseinander, wodurch ihre Membranen aufplatzen und sie abgetötet werden.
"Es ist, als würde man einen Latexhandschuh dehnen", sagte Ivanova. "Wenn er langsam gedehnt wird, wird die schwächste Stelle im Latex dünner und reißt schließlich.
Ivanovas Team entwickelte ihre Nanotextur, indem es die Nanosäulen der Insekten nachbaute und eigene Nanomuster entwickelte.
Um die antibakterielle Wirkung der Muster zu bewerten, wurden Bakterienzellen in der erstklassigen Mikroskopie- und Mikroanalyseeinrichtung des RMIT untersucht.
Die besten antibakteriellen Muster wurden an das japanische Team weitergegeben, das eine Möglichkeit entwickelte, die Muster auf Kunststoffpolymer zu reproduzieren.
Zurück in Australien testete Ivanovas Team die Kunststoff-Nanomuster und fand dasjenige, das Insektenflügeln am besten nachempfunden ist, aber auch am einfachsten herzustellen und zu vergrößern ist.
Laut Ivanova war der Umgang mit Kunststoff schwieriger als der mit anderen Materialien wie Silizium und Metallen, weil er so flexibel ist.
"Die Nanotextur, die wir in dieser Studie entwickelt haben, funktioniert auch in hartem Kunststoff. Unsere nächste Herausforderung besteht darin, sie an weichere Kunststoffe anzupassen", sagte sie.
Seit Ivanova und ihre Kollegen vor einem Jahrzehnt die bakterientötende Wirkung von Insektenflügeln entdeckten, arbeiten sie daran, das optimale Nanomuster zu entwerfen, um die bakterientötenden Kräfte der Insekten zu nutzen und es auf einer Reihe von Materialien einzusetzen.
Bis vor kurzem war es schwierig, eine geeignete Technologie zu finden, um diese Nanotextur in einem für die Herstellung geeigneten Maßstab zu reproduzieren.
Doch jetzt gibt es eine Technologie, mit der sich die antibakteriellen Eigenschaften in größerem Maßstab auf Verpackungen und eine Reihe anderer potenzieller Anwendungen wie persönliche Schutzausrüstung anwenden lassen.
Ihre neue Forschung baut auf einer Studie aus dem Jahr 2020 auf, die sich mit der Verwendung von durch Insekten inspirierten Nanomaterialien zur Bekämpfung von Superbugs befasst.
Das Team ist sehr daran interessiert, in der nächsten Phase der Forschung mit potenziellen Partnern zusammenzuarbeiten, um die Technologie hochzuskalieren und die besten Möglichkeiten für die Massenproduktion der antibakteriellen Verpackungen zu ermitteln.
Die Professorin Elena Ivanova, eine Pionierin auf dem Gebiet der biomimetischen antibakteriellen Oberflächen, leitet die Forschungsgruppe für mechanobakterizide Materialien an der School of Science des RMIT.
Die Forschung wurde von der Stiftung für australisch-japanische Studien im Rahmen des Rio Tinto Australia-Japan Collaboration Project unterstützt.
Die Studie "Nanopillar Polymer Films as Antibacterial Packaging Materials" mit den Co-Autoren Denver Linklater, Soichiro Saita, Takaaki Murata, Chaitali Dekiwadia, Russell Crawford, Hideki Masuda, Haruhiko Kusaka und Elena Ivanova wurde in ACS Applied Nano Materials veröffentlicht (DOI: acsanm.1c04251).
Hinweis: Dieser Artikel wurde mit einem Computersystem ohne menschlichen Eingriff übersetzt. LUMITOS bietet diese automatischen Übersetzungen an, um eine größere Bandbreite an aktuellen Nachrichten zu präsentieren. Da dieser Artikel mit automatischer Übersetzung übersetzt wurde, ist es möglich, dass er Fehler im Vokabular, in der Syntax oder in der Grammatik enthält. Den ursprünglichen Artikel in Englisch finden Sie hier.
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