Für bakterienfreies Trinkwasser

Bakterienverseuchtes Wasser ist eine ernsthafte weltweite Bedrohung für die Gesundheit. Ein chinesisches Forschungsteam beschreibt eine neue einfache Desinfektionsmethode in der Zeitschrift Angewandte Chemie. Sie basiert auf winzigen biokompatiblen Atomansammlungen, sogenannten Quantenpunkten, aus Silbersulfid, mit Kappen aus einem Silber-bindenden Peptid. Unter Bestrahlung mit Nah-Infrarot-Licht töten sie Bakterien in Wasser durch synergistische Effekte hocheffizient ab.

Vor allem in Entwicklungsländern und abgelegenen Regionen der Welt 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. Schon ein einziger Schluck kann manchmal fatale Folgen haben. In den letzten Jahrzehnten breit eingesetzte traditionelle Desinfektionsmethoden wie UV-Licht, Chlorung und Ozonbehandlung haben Nachteile, wie ihre hohen Kosten, die geringe Effizienz, schlechte Biokompatibilität und krebserregende Nebenprodukte. Eine Alternative wird gesucht.

Das Team um Xusheng Qiu, Wei Wei und Jing Zhao stellt jetzt einen neuartigen Ansatz vor, der auf Quantenpunkten aus Silbersulfid (Ag₂S) basiert. Quantenpunkte sind nanoskopische Strukturen aus ca. tausend bis zehntausend Atomen, die räumlich „eingeschränkt“ sind. Ihre quantenmechanischen Eigenschaften entsprechen dadurch eher Molekülen als makroskopischen Feststoffen, was zu interessanten opto-elektronischen Effekten führen kann.

Silbersulfid-Quantenpunkte werden bereits zur photodynamischen und zur photothermischen Therapie eingesetzt, z.B. zur Behandlung bestimmter Tumore und Hauterkrankungen. Sie können als Kontrastmittel dienen und als Fluoreszenz-Thermometer. In der Wasserdesinfektion wurden sie bislang kaum eingesetzt, unter anderem da bisherige Syntheseverfahren kompliziert und teuer sind. Das Team von der Universität Nanjing und dem Nanchuang (Jiangsu) Institute of Chemistry and Health hat nun ein einfaches, kostengünstiges Herstellverfahren entwickelt, bei dem die Quantenpunkte in Kappen aus einem speziell entwickelten biomimetischen Silber-bindenden Peptid (AgBP2) eingeschlossen werden.

Unter Bestrahlung mit Nah-Infrarot (NIR)-Licht töten die neuartigen AgBP2-Ag₂S-Quantenpunkte Bakterien in Wasser effektiv ab. Dabei sind sie stabil, lichtbeständig sowie biokompatibel. Ihre starke Wirkung 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% Escherichia coli-Bakterien innerhalb von 25 min NIR-Bestrahlung abtöten – eine vielversprechende Strategie für die antibakterielle Wasserdesinfektion.