Extrem empfindliche Hörgeräte könnten ein entscheidendes Werkzeug für Ärzte sein, die mit der wachsenden Krise antibiotikaresistenter Bakterien konfrontiert sind.
Stellen Sie sich vor, Sie betrachten einen Querschnitt einer einzelnen Haarsträhne unter einem Mikroskop. An der breitesten Stelle könnten Sie ungefähr 100 platzieren.E. coli Bakterien durchgehend auf der Schnittfläche. Diese Mikroben sind so klein . Sie sind auch unglaublich gefährlich. Jedes Jahr, E. coli tötet Hunderttausende von Menschen und erkrankt Hunderte von Millionen mehr. Und wie viele andere Krankheitserreger E. coliwächstimmun gegen unseren Antibiotikavorrat viel schneller als wir neue entwickeln.
Deshalb könnte es eine große Neuigkeit sein, dass ein Forscherteam eine neue Methode entwickelt hat, um festzustellen, ob es einem Antibiotikum gelungen ist, eine Probe von abzutöten.E. coli. Das superempfindliche Hörgerät basiert auf einem Material namens Graphen, um den unglaublich leisen Klang von einzufangenE. coli Bakterien versuchen sich fortzubewegen – oder tot E. coliBakterien sitzen in stiller Stille.
Das Team beschreibt die Technik in a Papier veröffentlicht am Montag im Peer-Review-JournalNatur-Nanotechnologie.
Eine dünne Atomschicht kann den unglaublich leisen Ton hören
Graphen wurde als revolutionäres Material gefeiert für alles von Solarzellen bis hin zu Smartphone-Bildschirmen. Es ist „eine Form von Kohlenstoff, die aus einer einzigen Schicht von Atomen besteht“ sagt Forscher und Ingenieur Farbod Alijani, der einer der Erfinder des Abhörgeräts ist. Graphen ist eine große Sache in der Welt der Materialwissenschaften. Die Forscher, die 2004 die erste potenziell nützliche Version des Materials hergestellt haben mit dem Nobelpreis ausgezeichnet für ihre Entdeckung nur sechs Jahre später.
„Es ist sehr stark mit guten elektrischen und mechanischen Eigenschaften“, sagt Alijani. Einige haben Graphen als das des Jahrhunderts bezeichnet. „ Wundermaterial“ wegen dieser Eigenschaften, aber Alijani und seine Kollegen interessierten sich für etwas anderes. „Es ist auch extrem empfindlich gegenüber äußeren Kräften“, sagt er. Das macht es perfekt, um Bewegungen von dem winzigen, haarähnlichen Anhängsel – genannt a – zu erkennenFlagellum - das ein E. coli Bakterium bewegt sich durch die Welt.
„Um zu verstehen, wie winzig diese Flagellenschläge auf Graphen sind, muss man sagen, dass sie mindestens 10 Milliarden Mal kleiner sind als der Schlag eines Boxers, wenn er einen Boxsack erreicht“, erklärt Alijani. „Trotzdem können diese Schläge im Nanobereich umgewandelt werdenTonspuren und angehört.“
Die Erfindung könnte eines Tages Ärzten helfen, Antibiotikaresistenzen zu überwinden
Alijani arbeitete mit einem Nanobiologen zusammen Cees Dekker um das System zu entwerfen. Schon ihre frühen Experimente zeigten den Forschern, dass sie etwas auf der Spur waren.
„Was wir sahen, war beeindruckend! Wenn ein einzelnes Bakterium an der Oberfläche einer Graphentrommel haftet, erzeugt es zufällige Schwingungen mit Amplituden von nur wenigen Nanometern, die wir wahrnehmen konnten“, sagt Dekker. „Wir konnten das Geräusch von hörenein einzelnes Bakterium!“
Während die Forscher weiterarbeiteten, wurde klar, dass das Graphen-fähige Abhörgerät nützlich sein würde, um herauszufinden, ob ein Antibiotikum hatte das Zeug dazu um eine bakterielle Infektion zu beseitigen. Wenn der Stamm von E. coli gegen das betreffende Medikament resistent ist, registriert die Graphen-Trommel keine Veränderung im Geräusch der Geißeln, die gegen die dünne Schicht aus Kohlenstoffatomen schlagen. Wenn das Antibiotikum seine Wirkung erfüllt, werden die Vibrationen langsamer und schwächer, bis das Geräusch vollständig verstummt ist.
Alijani sagt, dass das Team plant, die Plattform zu optimieren und „sie gegen eine Vielzahl von pathogenen Proben zu validieren. Ihr ultimatives Ziel ist es, „ein wirksames diagnostisches Toolkit für den schnellen Nachweis von Antibiotikaresistenzen in der klinischen Praxis zu schaffen“.