Effiziente Desinfektion von Trinkwasser mit Silbersulfid-Quantenpunkten mit Peptidbeschichtung

Mit Bakterien kontaminiertes Wasser ist eine große Bedrohung für die globale Gesundheit. Ein chinesisches Forscherteam hat in dem Fachblatt eine einfache neue Desinfektionsmethode beschrieben Angewandte Chemie das auf winzigen biokompatiblen Atomanordnungen, sogenannten Quantenpunkten, aus Silbersulfid mit Kappen aus einem silberbindenden Peptid basiert. Bei Bestrahlung mit Nahinfrarotlicht töten sie Bakterien im Wasser mit hoher Effizienz durch synergistische Effekte ab.

Besonders in Entwicklungsländern und abgelegenen Regionen der Welt kann der Zugang zu sauberem Trinkwasser sehr schwierig sein. Krankheitserregende Bakterien wie E. coli, Enterokokken, Salmonellen oder Cholera-Erreger können schwere Infektionen verursachen. Ein einziger Schluck kann manchmal fatale Folgen haben. Traditionelle Desinfektionsmethoden, die in den letzten Jahrzehnten weit verbreitet sind, wie UV-Licht, Chlorierung und Ozon, haben Nachteile, darunter hohe Kosten, schlechte Effizienz, schlechte Biokompatibilität und krebserregende Nebenprodukte. Es braucht eine Alternative.

Ein Team um Xushen Qiu, Wei Wei und Jing Zhao hat nun eine neue Methode vorgestellt, die auf Quantenpunkten aus Silbersulfid (Ag2S) basiert. Quantenpunkte sind nanoskopische Strukturen aus etwa ein- bis zehntausend Atomen, die räumlich „eingeschränkt“ sind. Ihre quantenmechanischen Eigenschaften entsprechen eher denen von Molekülen als makroskopischen Festkörpern, was zu interessanten optoelektronischen Effekten führen kann.

Silbersulfid-Quantenpunkte werden bereits in der photodynamischen und photothermischen Therapie eingesetzt, unter anderem zur Behandlung bestimmter Tumore und Hauterkrankungen. Sie können als Kontrastmittel und als Fluoreszenzthermometer verwendet werden. Bisher wurden sie nicht viel zur Desinfektion von Wasser verwendet, teilweise weil frühere Verfahren zu ihrer Herstellung kompliziert und teuer waren. Das Team der Universität Nanjing und des Nanchuang (Jiangsu) Institute of Chemistry and Health hat nun eine einfache und kostengünstige Herstellungsmethode entwickelt, bei der die Quantenpunkte von Kappen aus einem speziell entwickelten biomimetischen silberbindenden Peptid (AgBP2) umschlossen werden.

Bei Bestrahlung mit Nahinfrarotlicht (NIR) töten die neuen AgBP2-Ag2S-Quantenpunkte Bakterien im Wasser effektiv ab. Sie sind chemisch stabil, photostabil und biokompatibel. Ihre starke Aktivität beruht auf einer synergistischen Kombination zweier Effekte. Erstens erzeugen sie durch Bestrahlung hochreaktive Sauerstoffspezies, und zweitens verursachen sie eine starke lokale Erwärmung. Keiner der beiden Effekte allein führt zum Erfolg, aber ihre synergistische Kombination zerstört effektiv bakterielle Zellmembranen. Sie sind in der Lage, mehr als 99 % der E. coli-Bakterien innerhalb von 25 Minuten nach NIR-Bestrahlung abzutöten – eine vielversprechende Strategie für die antibakterielle Desinfektion von Wasser.