Nanostavar av guld kan göra antibiotika överflödigt vid implantat

Vid kirurgiska ingrepp, exempelvis när knä- eller höftproteser sätts in, ökar risken för infektioner och därför får patienten ofta antibiotika. Men ju mer antibiotika som används, desto högre är risken för resistens, alltså att bakterier blir motståndskraftiga. Forskare vid Chalmers tekniska högskola i Göteborg rapporterar om ett nytt sätt att sterilisera implantat – genom att på ytan fästa nanostavar av guld.

– Det vi gör är att på plats hetta upp guldet som då kan steka ihjäl bakterier i närheten, säger Maja Uusitalo, doktorand på avdelningen tillämpad kemi på institutionen för kemi och kemiteknik, och förstaförfattare till studien som publicerats i Nano Letters.

När guldnanopartiklar absorberar ljus av olika våglängder hettas de upp. Forskarna använder laserljus med våglängden 808 nanometer, så kallat nära infrarött ljus eller NIR. Sådant ljus är osynligt för blotta ögat men kan passera genom huden. 

– Det innebär att det skulle gå att värma upp stavar som sitter på ett implantat i kroppen genom att belysa huden utifrån – på så vis går det att styra när materialet ska vara antibakteriellt, säger Maja Uusitalo.

Stavarna behöver tillverkas i storleken 20 gånger 70 nanometer för att kunna absorbera laserljuset väl. Samtidigt vill man att implantatytan ska behålla sina ursprungliga materialegenskaper, som att fästa bra till skelettets ben. Därför täcks bara en tiondel av ytan med stavar.

Stavarna får heller inte bli för varma. När stavarna når över 120 grader Celsius börjar de få en rundad form. Då kan de inte längre absorbera NIR-ljus och heller inte värmas upp. Att kunna fastställa nanostavarnas temperatur var därför en viktig del av forskningen – men inte helt enkelt att göra. 

– En så liten termometer har jag inte. I stället utnyttjar vi att material sväller i värme, säger Maja Uusitalo.

I takt med att temperaturen stiger ökar avståndet mellan atomerna i guldet, vilket mäts mycket exakt med så kallad röntgendiffraktion.

– Då går det att få kunskap om hur varmt materialet blir. Denna viktiga del av studien har gjorts tillsammans med min kollega Michal Strach, säger Maja Uusitalo. 

Hon förklarar att uppvärmningen är mycket lokal med låg energi, vilket inte påverkar omgivningen märkbart. Parallellt arbetar hon nu med att fastställa den antibakteriella effekten och se hur mycket guldstavarna behöver hettas upp för att kunna döda bakterier.

– Vi fokuserar på kliniskt relevanta bakterier som riskerar att hamna på ett implantat, exempelvis sådana som finns på människors hud, säger Maja Uusitalo.

Ett problem inom vården är att det på ytan av implantat kan bildas ogenomträngliga skikt av bakterier, så kallad biofilm.

– En mogen biofilm kommer vi troligtvis inte åt, men vi vill kunna förebygga att den alls uppstår, även om det är många steg kvar tills vår metod kan börja användas i kliniken, säger Maja Uusitalo.