Forskere viser, at laserinduceret grafen dræber bakterier, modstår biofouling

Forskere ved Rice University og Ben-Gurion University of the Negev (BGU) har opdaget, at laser-induceret grafen (LIG) er et yderst effektivt antibegroningsmateriale og, når elektrificeret, bakterier zapper.

LIG er en svampet version af grafen, enkeltatomlaget af carbonatomer. Kemikeren James Tours rislaboratorium udviklede det for tre år siden ved at brænde halvvejs gennem et billigt polyimidark med en laser, som gjorde overfladen til et gitter af indbyrdes forbundne grafenplader. Forskerne har siden foreslået anvendelser af materialet i bærbar elektronik og brændselsceller og til superhydrofobe eller superhydrofile overflader.

Ifølge deres rapport i American Chemical Society's ACS anvendte materialer og grænseflader , LIG beskytter også overflader mod biofouling, opbygning af mikroorganismer, planter eller andet biologisk materiale på våde overflader.

"Denne form for grafen er ekstremt modstandsdygtig over for biofilmdannelse, som har løfte om steder som vandrensningsanlæg, olieboringsoperationer, hospitaler og havapplikationer som undervandsrør, der er følsomme over for begroning, Tour sagde. "De antibakterielle egenskaber, når elektricitet anvendes, er en stor ekstra fordel."

Når de bruges som elektroder med en lille påført spænding, LIG bliver den bakterielle ækvivalent til en baggårdsbug-zapper. Test uden ladning bekræftede det, der længe har været kendt-at grafenbaserede nanopartikler har antibakterielle egenskaber. Når der blev anvendt 1,1 til 2,5 volt, de stærkt ledende LIG-elektroder "forstærkede" disse egenskaber.

Under mikroskopet, forskerne så, mens fluorescerende mærkede Pseudomonas aeruginosa-bakterier i en opløsning med LIG-elektroder over 1,1 volt blev trukket mod anoden. Over 1,5 volt, cellerne begyndte at forsvinde og forsvandt fuldstændigt inden for 30 sekunder. Ved 2,5 volt, bakterier forsvandt næsten fuldstændigt fra overfladen efter et sekund.

Rislaboratoriet samarbejdede med professor Christopher Arnusch, en underviser ved BGU Zuckerberg Instituttet for Vandforskning med speciale i vandrensning. Arnuschs laboratorium testede LIG-elektroder i en bakteriefyldt opløsning med 10 procent sekundært renset spildevand og fandt ud af, at efter ni timer ved 2,5 volt, 99,9 procent af bakterierne blev dræbt, og elektroderne modstod kraftigt biofilmdannelse.

Forskerne formoder, at bakterier kan møde deres død ved en kombination af kontakt med den ru overflade af LIG, den elektriske ladning og toksicitet fra lokaliseret produktion af hydrogenperoxid. Kontakten kan være noget som et knæ, der rammer fortovet, men i dette tilfælde, bakterierne er alle knæ og de skarpe grafen kanter ødelægger hurtigt deres membraner.

Heldigvis, LIGs antibegroningsegenskaber forhindrer døde bakterier i at samle sig på overfladen, sagde Tour.

"Kombinationen af ​​passiv biobegroningshæmning og aktiv spændingsinduceret mikrobiel fjernelse vil sandsynligvis gøre dette til et meget efterspurgt materiale til at hæmme væksten af ​​besværlig naturlig begroning, der plager mange industrier, " sagde Tour.