Графен помогает бороться с супербактериями

Инфекции, связанные с оказанием медицинской помощи — распространенная проблема. Они увеличивают расходы на здравоохранение и повышают устойчивость к антибиотикам. Большинство инфекций возникают из-за использования медицинских приборов, таких как катетеры, протезы и зубные имплантаты. Через них бактерии могут проникать в организм. В Технологическом университете Чалмерса изучают, как графен, атомарно тонкий двумерный графитовый материал, может способствовать борьбе с устойчивостью к антибиотикам и инфекциями в здравоохранении. Исследователи ранее продемонстрировали, как вертикально стоящие графеновые пластины не дают бактериям прикрепляться к субстрату. Вместо этого бактерии разрезаются на куски острыми, как бритва, пластинами и погибают.

Ультратонкий антибактериальный материал на основе графена можно наносить на любую поверхность, включая биомедицинские устройства, хирургические поверхности и имплантаты. Графен не позволяет бактериям физически прикрепляться к поверхности. Это значит, что медикам не придется применять антибиотики, тем самым развивая у патогенов устойчивость к препаратам.

Однако исследователи столкнулись с проблемой: хотя в лаборатории они смогли доказать бактерицидные свойства графена, у них не получалось контролировать ориентацию его пластин. Из-за этого материал был непригоден для использования на поверхностях медицинских устройств. Бактерицидные свойства графена можно было контролировать только в одном направлении. Это означает, что в областях, где графен не имеет правильной ориентации, бактерии могут остаться невредимыми.

Ученые нашли способ контролировать эффекты графена в нескольких направлениях с высокой однородностью ориентации. Для этого они расположили магниты по кругу так, что магнитное поле внутри этой конструкции выстраивалось в одном направлении — это называется «массив Халбаха». В результате удалось добиться равномерной ориентации графена и обеспечить бактерицидный эффект на поверхностях любой формы. Метод усиливает и выравнивает магнитное поле внутри массива, одновременно ослабляя его снаружи, что позволяет достичь четкой однонаправленной ориентации графена. Эта напоминает принцип, используемый в магнитах для холодильников.

Во время лабораторных исследований различные бактериальные культуры подвергались воздействию графеновых поверхностей, предварительно обработанных магнитным полем. Для оценки эффективности использовался метод подсчета колониеобразующих единиц (КОЕ), позволяющий определить количество жизнеспособных бактерий. А с помощью сканирующей электронной микроскопии ученые анализировали взаимодействие бактериальных клеток с графеновой поверхностью. Это позволило подтвердить, что бактерии были повреждены острыми гранями графена.

Метод позволяет интегрировать графеновые нанопластины в пластиковые медицинские поверхности, создавая антибактериальные покрытия, которые уничтожают 99,99% бактерий, пытающихся прикрепиться. Новая технология ориентации может использовать в других областях, например, в аккумуляторах, суперконденсаторах, датчиках и прочных водостойких упаковочных материалах.