Bakterienverseuchtes Wasser gilt weltweit als Gesundheitsrisiko. Vor allem in Entwicklungsländern und abgelegenen Regionen kann es sehr schwer sein, Zugang zu sauberem Trinkwasser zu bekommen. Pathogene Bakterien wie Koli-Bakterien, Enterokokken, Salmonellen oder Cholera-Erreger können schwere Infektionen verursachen.
Traditionelle Desinfektionsmethoden wie UV-Licht, Chlorung und Ozonbehandlung haben dabei Nachteile. Dazu gehören hohe Kosten, geringe Effizienz, schlechte Biokompatibilität und krebserregende Nebenprodukte. Eine Alternative wird gesucht – und könnte jetzt gefunden worden sein.
Günstiges Verfahren mit Quantenpunkten
Ein chinesisches Forschungsteam um Xusheng Qiu, Wei Wei und Jing Zhao hat einen neuartigen Ansatz vorgestellt, der auf Quantenpunkten aus Silbersulfid (Ag2S) basiert. Quantenpunkte sind nanoskopische Strukturen aus rund 1.000 bis 10.000 Atomen, die räumlich „eingeschränkt“ sind. Ihre quantenmechanischen Eigenschaften entsprechen dadurch eher Molekülen als makroskopischen Feststoffen, was zu interessanten optoelektronischen Effekten führen kann.
Silbersulfid-Quantenpunkte werden bereits zur photodynamischen und zur photothermischen Therapie eingesetzt, beispielsweise zur Behandlung bestimmter Tumore und Hauterkrankungen. Sie können als Kontrastmittel und Fluoreszenz-Thermometer dienen. In der Wasserdesinfektion wurden sie bislang kaum eingesetzt, unter anderem weil bisherige Syntheseverfahren kompliziert und teuer sind.
Dem Team von der Universität Nanjing und dem Nanchuang (Jiangsu) Institute of Chemistry and Health ist es gelungen, ein einfaches, kostengünstiges Herstellungsverfahren zu entwickeln, bei dem die Quantenpunkte in Kappen aus einem speziell entwickelten biomimetischen Silber-bindenden Peptid (AgBP2) eingeschlossen werden. Unter Bestrahlung mit Nah-Infrarot-Licht töten die AgBP2-Ag2S-Quantenpunkte Bakterien in Wasser effektiv ab. Dabei sind sie stabil, lichtbeständig sowie biokompatibel.
Zwei Effekte zur Bakterienabtötung
Die starke Wirkung der Quantenpunkte beruht auf einem synergistischen Zusammenwirken zweier Effekte. Zum einen erzeugen sie bei Bestrahlung hochreaktive Sauerstoffspezies. Zum anderen führen sie zu einer starken lokalen Erhitzung.
Keiner der beiden Effekte allein führt zum Erfolg; ihr synergistisches Zusammenwirken aber zerstört effektiv bakterielle Zellmembranen. So konnten sie mehr als 99 Prozent Escherichia-coli-Bakterien innerhalb von 25 Minuten NIR-Bestrahlung abtöten – und bilden eine vielversprechende Strategie zur antibakteriellen Wasserdesinfektion.
