Mata as bactérias de forma eficiente e sustentável
Esterilização electrocatalítica: os nanofios geram microambientes locais altamente alcalinos
Os microrganismos nocivos, como as bactérias, representam uma das maiores ameaças à saúde humana. Por isso, é importante dispor de métodos de esterilização eficientes. Na revista Angewandte Chemie, uma equipa de investigação apresentou agora uma nova estratégia de esterilização electrocatalítica sustentável baseada em eléctrodos com nanofios de óxido de cobre. Estes geram campos eléctricos localizados muito fortes e, consequentemente, microambientes altamente alcalinos que matam eficazmente as bactérias.
© Wiley-VCH
Os métodos de desinfeção convencionais, como a cloração, a ozonização, a oxidação com peróxido de hidrogénio (H2O2) e a irradiação ultravioleta, têm desvantagens, incluindo subprodutos nocivos e um elevado consumo de energia. Os métodos de desinfeção eletroquímica, que se baseiam principalmente num campo elétrico de alta tensão pulsado e na geração electrocatalítica de radicais altamente oxidantes, são mais eficientes e amigos do ambiente. No entanto, como requerem altas tensões ou um fornecimento significativo de gás, a sua ampla aplicação na prática é claramente limitada.
A equipa liderada por Tong Sun e Yuanhong Xu da Universidade de Qingdao (China) propõe agora uma nova estratégia de esterilização electrocatalítica in situ que forma microambientes altamente alcalinos localizados em electrólitos neutros a uma corrente constante e uma tensão relativamente baixa. A maioria das bactérias não consegue sobreviver nestes ambientes extremamente alcalinos.
O segredo do sucesso são cátodos feitos de uma rede de fios de cobre coberta com nanofios de óxido de cobre. Nestas estruturas altamente curvas - as pontas dos nanofios - formam-se campos eléctricos locais extremamente fortes e os electrocatalisadores podem funcionar de forma particularmente eficaz. No cátodo, a reação de evolução do hidrogénio (HER) facilita a adsorção eficaz de iões hidrónio (H3O+) pelos nanofios, conduzindo a um rápido aumento da concentração de iões hidróxido (OH-) na sua vizinhança imediata. Isto cria um microambiente localizado altamente alcalino. O valor total do pH da solução de esterilização é apenas ligeiramente aumentado, pelo que não é necessária uma neutralização complexa antes da eliminação.
O microambiente altamente alcalino resultante mata as bactérias em poucos minutos, como a equipa demonstrou usando Escherichia coli(E. coli). A causa é o colapso do transporte de protões através da membrana celular bacteriana, uma vez que praticamente não restam protões neste ambiente. Isto inibe a síntese de ATP, provoca uma falta de energia e desencadeia o stress oxidativo. Além disso, o equilíbrio NADPH/NAD+, que é importante para a regulação dos genes e para o metabolismo, é perturbado. As bactérias morrem.
A nova abordagem pode ser um ponto de partida para o desenvolvimento de electrocatalisadores nanoestruturados de alto desempenho para estratégias de desinfeção eletroquímica eficientes, respeitadoras do ambiente e seguras para uma variedade de aplicações de esterilização.
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