July 25, 2012

VANADIUM PENTOXIDE NANOPARTICLES MIMIC VANADIUM HALOPEROXIDASES AND THWART BIOFILM FORMATION


"Vanadium pentoxide nanoparticles mimic vanadium haloperoxidases and thwart biofilm formation". F. Natalio, R. André, A. F. Hartog, B. Stoll, K. P. Jochum, R. Wever, W. Tremel. NATURE NANOTECHNOLOGY. In press. DOI: 10.1038/nnano.2012.91

Marine biofouling—the colonization of small marine microorganisms on surfaces that are directly exposed to seawater, such as ships' hulls—is an expensive problem that is currently without an environmentally compatible solution. Biofouling leads to increased hydrodynamic drag, which, in turn, causes increased fuel consumption and greenhouse gas emissions. Tributyltin-free antifouling coatings and paints based on metal complexes or biocides have been shown to efficiently prevent marine biofouling. However, these materials can damage the environment through metal leaching (for example, of copper and zinc) and bacteria resistance. Here, we show that vanadium pentoxide nanowires act like naturally occurring vanadium haloperoxidases to prevent marine biofouling. In the presence of bromide ions and hydrogen peroxide, the nanowires catalyse the oxidation of bromide ions to hypobromous acid (HOBr). Singlet molecular oxygen (1O2) is formed and this exerts strong antibacterial activity, which prevents marine biofouling without being toxic to marine biota. Vanadium pentoxide nanowires have the potential to be an alternative approach to conventional anti-biofouling agents.

La biocorrosión marina - la colonización de pequeños microorganismos marinos en superficies que están expuestas directamente al agua de mar, tales como los cascos de los barcos - es un problema costoso que actualmente no tiene una solución ambientalmente compatible. La biocorrosión lleva al aumento de resistencia hidrodinámica, la cual, a su vez, provoca el aumento en el consumo de combustible y en la emisión de gases invernadero. Los recubrimientos y pinturas anticorrosión libres de tributil estaño, hechas a base de complejos metálicos o biocida han demostrado prevenir eficientemente la biocorrosión marina. Sin embargo, estos materiales pueden dañar el ambiente a través de la liberación de los metales (por ejemplo, de cobre o de zinc) y de la resistencia de las bacterias. Aquí se muestra que los nanoalambres de pentóxido de vanadio funcionan como la haloperoxidasas de vanadio que se dan naturalmente para prevenir la biocorrosión marina. En presencia de iones de bromo y de peróxido de hidrógeno, los nanoalambres catalizan la oxidación de los iones de bromo en ácido hipobromoso (HOBr). Se forma oxígeno molecular singulete (1O2) y éste ejerce una fuerte actividad antibacterial, la cual previene la biocorrosión marina sin que se tóxico a la biota marina. Los nanoalambres de pentóxido de vanadio representan una alternativa potencial a los agentes antibiocorrosión convencionales.

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