Tuer efficacement et durablement les bactéries
Stérilisation électrocatalytique : les nanofils produisent des microenvironnements hautement alcalins localisés
Les micro-organismes nuisibles tels que les bactéries représentent l'une des plus grandes menaces pour la santé humaine. Des méthodes de stérilisation efficaces sont donc indispensables. Dans la revue Angewandte Chemie, une équipe de chercheurs vient de présenter une nouvelle méthode de stérilisation électrocatalytique durable basée sur des électrodes recouvertes de nanofils d'oxyde de cuivre. Celles-ci génèrent des champs électriques locaux très puissants, produisant ainsi des microenvironnements hautement alcalins qui tuent efficacement les bactéries.
© Wiley-VCH
Les méthodes de désinfection conventionnelles, telles que la chloration, le traitement à l'ozone, l'oxydation au peroxyde d'hydrogène et l'irradiation à la lumière ultraviolette, présentent des inconvénients, notamment des sous-produits nocifs et une consommation d'énergie élevée. Les méthodes de désinfection électrochimique, qui reposent principalement sur un champ électrique pulsé à haute tension et sur la génération électrocatalytique de radicaux hautement oxydants, sont plus efficaces et plus durables. Toutefois, elles nécessitent une tension élevée ou un approvisionnement important en gaz, ce qui limite leur application dans la pratique.
Une équipe dirigée par Tong Sun et Yuanhong Xu de l'université de Qingdao (Chine) a proposé une nouvelle méthode de stérilisation électrocatalytique in situ qui induit des microenvironnements localisés très alcalins dans des électrolytes neutres sous un courant constant à une tension relativement faible. La plupart des bactéries ne peuvent pas survivre dans ces environnements extrêmement alcalins.
La méthode est efficace grâce à des cathodes constituées d'un treillis métallique en cuivre recouvert de nanofils d'oxyde de cuivre. Sur les structures fortement incurvées, telles que les pointes des nanofils, des champs électriques locaux extrêmement puissants peuvent se former, ce qui permet aux électrocatalyseurs de fonctionner très efficacement. À la cathode, la réaction d'évolution de l'hydrogène (HER) facilite l'adsorption efficace des ions hydronium (H3O+) par les nanofils, ce qui produit une augmentation rapide de la concentration d'ions hydroxyde (OH-) dans leur environnement immédiat. Il en résulte un micro-environnement localisé et hautement alcalin. La valeur globale du pH de la solution de stérilisation n'est que légèrement augmentée, de sorte qu'il n'est pas nécessaire de la neutraliser avant de l'éliminer.
Le micro-environnement fortement alcalin qui en résulte tue les bactéries en quelques minutes, comme l'équipe l'a démontré avec Escherichia coli(E. coli). Les bactéries sont tuées en raison de l'effondrement du transport des protéines à travers la membrane cellulaire bactérienne parce qu'il n'y a pas de protons disponibles dans cet environnement. Cela inhibe la synthèse de l'ATP, ce qui entraîne un déficit énergétique et un stress oxydatif. En outre, l'équilibre NADPH/NAD+, essentiel pour la régulation des gènes et le métabolisme, est perturbé. Les bactéries meurent.
Cette nouvelle approche pourrait être le point de départ du développement d'électrocatalyseurs nanostructurés à haute performance pour des stratégies de désinfection électrochimique efficaces, respectueuses de l'environnement et sûres pour une variété d'applications de stérilisation.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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