Najcieńszy na świecie materiał może zapobiec infekcji implantu
Grafen o grubości zaledwie jednego atomu jest najcieńszym materiałem znanym człowiekowi. Grafen ze względu na wysoką przewodność może być stosowany w różnych urządzeniach elektronicznych, takich jak ekrany telefonów i ładowarki. Nowe badania uzupełniają listę zastosowań materiału, ponieważ stwierdzono, że cienka warstwa grafenu ma działanie antybakteryjne.
Grafen został znaleziony w 2002 roku, kiedy ekspert od mikroskopijnie cienkich materiałów postanowił eksperymentować z bardzo cienkimi warstwami węgla.
Powstały w ten sposób „supermateriał” jest obecnie znany jako jeden z najsilniejszych materiałów na świecie - w rzeczywistości jest 200 razy mocniejszy od stali - a także najcieńszy.
Grafen, wykonany w postaci płatków lub folii, jest bardziej przewodzący prąd elektryczny niż miedź.
Wcześniej naukowcy eksperymentowali z umieszczaniem płatków grafenu pionowo, próbując rozszerzyć jego zastosowania.
Podczas gdy tworzenie struktury grafenu jako pionowych „kolców” nie jest samo w sobie innowacyjne, naukowcy z Chalmers University of Technology w Göteborgu w Szwecji jako pierwsi wykazali, że pionowe umieszczenie płatków zabija bakterie i zapobiega infekcjom implantu chirurgicznego.
Odkrycia - które zostały właśnie opublikowane w czasopiśmie Zaawansowane interfejsy materiałów - są szczególnie znaczące, biorąc pod uwagę, że poprzednie badania przyniosły sprzeczne wyniki, przy czym niektóre testy wykazały, że niszczy bakterie, a inne pozostawiają bakterie w nienaruszonym stanie.
„Odkryliśmy, że kluczowym parametrem jest pionowe zorientowanie grafenu” - mówi współautor badania, Ivan Mijakovic, profesor na Wydziale Biologii i Inżynierii Biologicznej na Chalmers University of Technology. „Jeśli jest pozioma, bakterie nie są uszkadzane” - wyjaśnia.
Jak grafen może przynieść korzyści implantom
Według Food and Drug Administration (FDA) implanty medyczne to „wyroby lub tkanki, które są umieszczane wewnątrz lub na powierzchni ciała”. Niektóre z tych implantów mogą zastąpić części ciała, takie jak protezy biodra lub kolana, lub mogą po prostu wspierać dobre funkcjonowanie innych narządów.
FDA ostrzega, że infekcje często towarzyszą implantom - szczególnie bezpośrednio po operacji. Chociaż zwykle takie infekcje można leczyć odpowiednimi lekami, w niektórych przypadkach implant musi zostać całkowicie usunięty.
Jednak nowe badania pokazują, że pionowe umieszczenie płatków grafenu na powierzchni implantu tworzy „kolczastą” osłonę ochronną, która tnie bakterie i zapobiega ich przywieraniu.
Co ważne, ta warstwa ochronna nie szkodzi komórkom ludzkim; ludzkie komórki są 25 razy większe niż bakterie. Poniższy film wyjaśnia bardziej szczegółowo, jak działają kolce grafenowe.
„Grafen ma duży potencjał w zastosowaniach zdrowotnych” - mówi Jie Sun, współpracujący z nią autor badania, profesor nadzwyczajny na Wydziale Mikro Technologii i Nanonauki na Chalmers University of Technology.
Minimalizacja ryzyka odrzucenia implantu, eliminacja konieczności stosowania antybiotyków i ochrona przed infekcją to tylko niektóre z tych zastosowań.
Jednak ostrzega, że „potrzeba więcej badań, zanim będziemy mogli stwierdzić, że [grafen] jest całkowicie bezpieczny. Między innymi wiemy, że grafen nie ulega łatwo degradacji ”.
„Chcemy, aby bakterie nie powodowały infekcji. W przeciwnym razie możesz potrzebować antybiotyków, które mogą zakłócić równowagę normalnych bakterii, a także zwiększyć ryzyko oporności patogenów na środki przeciwdrobnoustrojowe ”.
Autor pierwszego badania Santosh Pandit z Wydziału Biologii i Inżynierii Biologicznej Chalmers University of Technology
