Grafenbaserede materialer dræber bakterier gennem en af ​​to mulige mekanismer

Opdagelsen af ​​grafen har bragt meget begejstring til nanoteknologisamfundet. Meget af denne spænding skyldes muligheden for at udlede grafen-baserede materialer med applikationer inden for elektronik, energilagring, sansning og biomedicinsk udstyr. På trods af potentialet, imidlertid, der er en reel bekymring for, at grafenbaserede materialer kan have skadelige virkninger på menneskers sundhed og det naturlige miljø.

Et særligt interessant aspekt af dette emne er de toksiske virkninger af grafen-baserede materialer på den mikroskopiske verden af ​​bakterier. Af netop denne grund, Jun Wei ved A*STAR Singapore Institute of Manufacturing Technology og hans medarbejdere har nu sammenlignet den antibakterielle aktivitet af grafit, grafitoxid, grafenoxid og reduceret grafenoxid ved anvendelse af modelbakterien Escherichia coli. De viste, at de to grafen-baserede materialer dræber væsentligt flere bakterier end to grafit-baserede materialer - med grafenoxid som den bedste performer.

Interessant nok, grafenoxidpartikler var de mindste af alle fire grafenmaterialer målt ved dynamisk lysspredning. Wei og kolleger mener, at partikler af reduceret grafenoxid var større, fordi de aggregerede både lateralt og i tre dimensioner.

Faktisk, størrelsen af ​​partiklerne kunne meget vel være nøglen til, hvorfor grafenoxid er så dødbringende for bakterier. Da forskerne studerede de berørte celler ved hjælp af scanningselektronmikroskopi, de så, at de fleste af E.coli-cellerne var individuelt pakket ind af lag af grafenoxid. I modsætning, E. coli-celler var sædvanligvis indlejret i de større reducerede grafenoxid-aggregater (se billede). En lignende cellefangende mekanisme var operationel i de grafitbaserede materialer.

Så hvorfor dræber celleindpakning flere celler end celleindpakning? Forskerne mener, at celleoverfladens direkte kontakt med grafen forårsager membranstress og irreversibel skade.

Wei og kolleger undersøgte også kemiske mekanismer, hvormed materialerne kunne forstyrre og dræbe bakterier. De fandt ud af, at oxidationen af ​​glutathion, en vigtig cellulær antioxidant, opstod ved eksponering for grafit og reduceret grafenoxid. "Det kan være, at disse strukturer fungerer som ledende broer, der udvinder elektroner fra glutathionmolekyler og frigiver dem til det ydre miljø, "siger Wei.

Spændende nok, mens virkningen af ​​de membranforstyrrende mekanismer dør væk efter fire timers inkubation, oxidationsmekanismen viser kun mindre ændringer.

"Med den viden opnået i denne undersøgelse, vi forestiller os, at fysisk-kemiske egenskaber af grafen-baserede materialer, såsom densiteten af ​​funktionelle grupper, størrelse og ledningsevne kan skræddersyes bedre til enten at reducere miljørisici eller øge anvendelsespotentialet, " siger Wei.