La amenaza que representan los microorganismos perjudiciales, como las bacterias, es uno de los mayores retos para la salud pública. Ante la necesidad de métodos de esterilización eficientes, un equipo de investigadores ha presentado un enfoque innovador y sostenible que podría revolucionar este campo.
Método de esterilización electrocatalítica
En un estudio publicado en la revista Angewandte Chemie, liderado por Tong Sun y Yuanhong Xu de la Universidad de Qingdao (China), se ha introducido un método de esterilización electrocatalítica basado en electrodos recubiertos de nanofios de óxido de cobre. Este sistema genera campos eléctricos locales muy intensos que producen microentornos altamente alcalinos, capaces de eliminar bacterias de manera eficaz.
Los métodos convencionales de desinfección, como la cloración, el tratamiento con ozono o la irradiación con luz ultravioleta, presentan desventajas significativas, incluyendo la generación de subproductos nocivos y un elevado consumo energético. Por otro lado, los métodos de desinfección electroquímica, que se basan en un campo eléctrico de alto voltaje y la generación electrocatalítica de radicales altamente oxidantes, son más eficientes y sostenibles. Sin embargo, requieren voltajes elevados o un suministro significativo de gas, lo que limita su aplicación práctica.
El nuevo método propuesto por el equipo de investigación se basa en un enfoque in situ que induce microentornos altamente alcalinos en electrolitos neutros mediante una corriente constante y a voltajes relativamente bajos. La mayoría de las bacterias no pueden sobrevivir en entornos tan extremadamente alcalinos.
La clave del éxito de este método radica en los cátodos fabricados con una malla de alambre de cobre recubierta de nanofios de óxido de cobre. En las estructuras altamente curvadas, como las puntas de los nanofios, se pueden generar campos eléctricos locales extremadamente intensos, lo que permite que los electrocatalizadores funcionen de manera muy efectiva.
En el cátodo, la reacción de evolución de hidrógeno (HER) facilita la adsorción eficiente de iones de hidronio (H3O+) por parte de los nanofios, lo que produce un aumento rápido en la concentración de iones hidróxido (OH–) en su entorno inmediato. Esto crea un microentorno alcalino localizado. A pesar de que el pH general de la solución de esterilización aumenta solo ligeramente, no requiere neutralización antes de su eliminación.
El microentorno altamente alcalino resultante es capaz de eliminar bacterias en cuestión de minutos, como se demostró con Escherichia coli (E. coli). La muerte de las bacterias se debe al colapso del transporte de proteínas a través de la membrana celular bacteriana, ya que en este entorno efectivamente no hay protones disponibles. Esto inhibe la síntesis de ATP, causando un déficit energético y estrés oxidativo. Además, el equilibrio NADPH/NAD+, crucial para la regulación genética y el metabolismo, se ve alterado, lo que provoca la muerte celular.
Este enfoque innovador podría ser el punto de partida para el desarrollo de electrocatalizadores nanostructurados de alto rendimiento, que permitan estrategias de desinfección electroquímica eficientes, respetuosas con el medio ambiente y seguras para diversas aplicaciones de esterilización.
Más información: Junrong Chen et al, Localized Alkaline Microenvironments Enhanced upon Tip Effects for Efficient Antibacterial Applications, Angewandte Chemie International Edition (2025). DOI: 10.1002/anie.202424067
