Eliminación eficaz y sostenible de bacterias
Esterilización electrocatalítica: los nanocables producen microambientes localizados altamente alcalinos
Los microorganismos nocivos, como las bacterias, representan una de las mayores amenazas para la salud humana. Por eso son necesarios métodos de esterilización eficaces. Un equipo de investigadores ha presentado en la revista Angewandte Chemie un nuevo método de esterilización electrocatalítica sostenible basado en electrodos recubiertos de nanocables de óxido de cobre. Éstos generan campos eléctricos locales muy intensos que producen microambientes altamente alcalinos que matan eficazmente las bacterias.
© Wiley-VCH
Los métodos de desinfección convencionales, como la cloración, el tratamiento con ozono, la oxidación con peróxido de hidrógeno y la irradiación con luz ultravioleta, presentan desventajas, como los subproductos nocivos y el elevado consumo de energía. Los métodos de desinfección electroquímica, que se basan principalmente en un campo eléctrico pulsado de alto voltaje y en la generación electrocatalítica de radicales altamente oxidantes, son más eficaces y sostenibles. Sin embargo, requieren un alto voltaje o un importante suministro de gas, lo que limita su aplicación en la práctica.
Un equipo dirigido por Tong Sun y Yuanhong Xu de la Universidad de Qingdao (China) ha propuesto ahora un novedoso método de esterilización electrocatalítica in situ que induce microambientes altamente alcalinos localizados en electrolitos neutros bajo una corriente constante a un voltaje relativamente bajo. La mayoría de las bacterias no pueden sobrevivir en esos entornos extremadamente alcalinos.
El éxito del método se debe a que los cátodos están hechos de una malla de alambre de cobre recubierta de nanocables de óxido de cobre. En estructuras muy curvadas, como las puntas de los nanocables, pueden formarse campos eléctricos locales extremadamente fuertes, lo que permite que los electrocatalizadores funcionen con gran eficacia. En el cátodo, la reacción de evolución del hidrógeno (HER) facilita la adsorción eficaz de iones hidronio (H3O+) por los nanocables, produciendo un rápido aumento de la concentración de iones hidróxido (OH-) en su entorno inmediato. Esto produce un microambiente localizado altamente alcalino. El valor general del pH de la solución de esterilización sólo aumenta ligeramente, por lo que no es necesario neutralizarla antes de desecharla.
El microambiente altamente alcalino resultante elimina las bacterias en pocos minutos, como demostró el equipo con Escherichia coli(E. coli). La muerte de las bacterias se debe al colapso del transporte de proteínas a través de la membrana celular bacteriana, ya que no hay protones disponibles en este entorno. Esto inhibe la síntesis de ATP, lo que provoca un déficit energético y estrés oxidativo. Además, se interrumpe el equilibrio NADPH/NAD+, crítico para la regulación genética y el metabolismo. Las bacterias mueren.
Este nuevo enfoque podría ser un punto de partida para el desarrollo de electrocatalizadores nanoestructurados de alto rendimiento destinados a estrategias de desinfección electroquímica eficaces, respetuosas con el medio ambiente y seguras para diversas aplicaciones de esterilización.
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