Herkömmliche Desinfektionsmethoden wie Ozonierung, Chlorierung oder ultraviolette Bestrahlung besitzen zwar Nachteile und produzieren schädliche Nebenprodukte, doch sie lassen sich einfach umsetzen. Elektrochemische Desinfektionsmethoden sind zwar umweltfreundlicher und effizienter, doch sie erfordern entweder eine hohe Spannung oder Gaszufuhr, wodurch sie sich im Alltag schwer anwenden lassen. Eine elektrokatalytische Sterilisierung wurde nun von Forschenden der Universität Qingdao (China) entwickelt und könnte breiter eingesetzt werden.
Hochalkalische Mikroumgebung
Die neuartige in situ elektrokatalytische Sterilisationsstrategie bildet hochalkalische Mikroumgebungen mittels neutralen Elektrolyten bei konstantem Strom und einer relativ niedrigen Spannung. In einer solchen Umgebung ist es den meisten Bakterien nicht möglich zu überleben. Die geheime Zutat: Kathoden aus Kupferdrahtgeflecht, bedeckt mit Kupferoxid-Nanodrähten. An den Spitzen der Nanodrähte bilden sich extrem starke elektrische Felder, die besonders effektiv Bakterien abtöten können.
Die hochalkalische Mikroumgebung erfolgt durch eine erleichterte Wasserstoffentwicklungsreaktion an der Kathode. Dadurch können Hydroniumionen an den Nanodrähten aufgenommen werden, wodurch wiederum die Hydroxidionenkonzentration ansteigt. Der Vorteil: der ph-Wert steigt kaum merklich an, weshalb eine aufwendige Neutralisierung vor der Entsorgung nicht notwendig ist.
Breites Anwendungsgebiet
Bakterien werden in diesem Gemisch innerhalb weniger Minuten abgetötet. Das zeigte ein Versuch mit E. coli-Bakterien. Dank der alkalischen, Protonenarmen Umgebung bricht der Protonentransport der bakteriellen Zellmembran zusammen. Die Synthese von ATP wird gehemmt, oxidativer Stress wird ausgelöst und es herrscht Energiemangel. Die neue Entdeckung kann Basis für leistungsstarke nanostrukturierte Elektrokatalysatoren sein für eine Vielzahl von Sterilisationsanwendungen.
Quelle: idw
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