ENGINEERINGNET.BE - Als we bacteriën konden horen, zouden we kunnen weten of ze leven of niet. Wanneer de bacteriën met behulp van antibiotica worden gedood, zouden de geluiden stoppen - tenzij de bacteriën resistent zijn tegen antibiotica.
Dit is precies wat een team onderzoekers van TU Delft, onder leiding van dr. Farbod Alijani, voor elkaar heeft gekregen: ze hebben het minimale geluid van een enkele bacterie opgevangen met behulp van grafeen.
Het team van Alijani was aanvankelijk bezig met het onderzoeken van de fundamenten van de mechanica van grafeen, maar op een gegeven moment vroegen ze zich af wat er zou gebeuren als dit extreem gevoelige materiaal in contact komt met een enkel biologisch object.
De onderzoeksgroep startte een samenwerking met de nanobiologie-groep van Cees Dekker en de nanomechanica-groep van Peter Steeneken van TU Delft. Het team voerde de eerste experimenten uit met E. coli bacteriën.
Dekker: "Wat we zagen was verbluffend. Als een enkele bacterie zich hecht aan het drumvel van grafeen, ontstaan er willekeurige trillingen met amplitudes van een paar nanometer, die we konden detecteren. We konden het geluid van een enkele bacterie horen!"
De extreem kleine trillingen zijn het resultaat van biologische processen in bacteriën, waarbij de flagellen het grootste aandeel hebben. Dit zijn staarten aan het celoppervlak waarmee bacteriën voortbewegen.
"Deze flagellaire slagen op grafeen zijn minstens 10 miljard keer kleiner zijn dan de stoot van een bokser op een bokszak. Toch kunnen deze beats op nanoschaal worden omgezet in geluidssporen en beluisterd," aldus Alijani.
Het onderzoek heeft enorme implicaties voor de detectie van resistente bacteriën. De experimentele resultaten waren eenduidig: als de bacteriën resistent waren tegen het antibioticum, hielden de trillingen op hetzelfde niveau aan.
Wanneer de bacteriën wel gevoelig waren voor het geneesmiddel, namen de trillingen gedurende één of twee uur af en daarna waren ze volledig verdwenen. Dankzij de hoge gevoeligheid van grafeen-trommels kan het fenomeen worden gedetecteerd met slechts één enkele bacterie.
Alijani: "In de toekomst willen we dit platform optimaliseren en valideren met uiteenlopende klinische monsters. Zodat het uiteindelijk kan worden gebruikt als een diagnostische toolkit voor snelle detectie van antibioticaresistentie in de klinische praktijk."
