Zuurstofgroepen zijn de sleutel tot het ontsluiten van het antimicrobiële potentieel van grafeen, zeggen wetenschappers

De hoeveelheid oppervlaktezuurstof in grafeenmaterialen is een sleutelfactor in hoe effectief ze kunnen zijn bij het doden van bacteriën – een ontdekking die kan helpen bij het ontwerpen van veiligere en effectievere producten om antimicrobiële resistentie te bestrijden.

Grafeenoxide met een hoog zuurstofgehalte aan het oppervlak (SOC) is zeer flexibel en kan zich om bacteriën heen wikkelen (een parallelle manier van contact), maar wanneer het een lagere SOC heeft, heeft het materiaal een hogere stijfheid en heeft het de neiging om met de randen in contact te komen met bacteriën (in een loodrechte modus).

Geen van beide modi doodt noodzakelijkerwijs bacteriën, maar de bacteriedodende activiteit hangt af van hoe het materiaal interageert met omringende biomoleculen. De ontdekking zal wetenschappers helpen de verschillende mogelijke fysieke mechanismen te begrijpen die leiden tot hun antibacteriële activiteit.

Hun bevindingen publiceren in ACS-nanoonthult een internationale groep wetenschappers uit het VK, Cyprus, Oostenrijk, Finland, Nederland en China dat het de verschillende interactiemodi van grafeenoxide zijn die leiden tot duidelijke antibacteriële activiteit – met een ‘omschakeling’ die optreedt wanneer de zuurstofniveaus aan het oppervlak een bepaalde drempel bereiken .

Een kleine verandering van SOC kan leiden tot de verschuiving van interactiemodi tussen parallel en loodrecht contact. “De impact van SOC op de interactiemodus is lange tijd onderschat”, aldus Dr. Zhiling Guo van de Universiteit van Birmingham.

Dr. Peng Zhang, van de Universiteit van Birmingham, merkte op: “Ons onderzoek benadrukt dat zuurstofniveaus aan het oppervlak kunnen helpen om de antibacteriële effecten van grafeenmaterialen te evalueren – door de rol van SOC te verduidelijken om veiligere materialen te ontwerpen.”

Als antimicrobiële stoffen kunnen grafeenmaterialen voordelen hebben ten opzichte van traditionele antibiotica vanwege hun fysieke werkingsmechanismen die zorgen voor minder kans op de ontwikkeling van microbiële resistentie.

Tot nu toe blijft de fundamentele vraag of het antibacteriële mechanisme van grafeenmaterialen voortkomt uit parallelle interactie of loodrechte interactie, of uit een combinatie hiervan, slecht begrepen, wat de voortgang bij het ontwikkelen van antibacteriële grafeenmaterialen en het begrijpen van hun milieuveiligheid belemmert.

Professor Iseult Lynch, van de Universiteit van Birmingham, zei: “De ontdekking is een potentiële ‘gamechanger’ en we zouden deze zuurstofschakelaar aan het oppervlak moeten gebruiken als de bepalende eigenschap om grafeenmaterialen te definiëren en classificeren in de context van menselijke gezondheid en milieu. veiligheid.”

Het door het VK geleide internationale onderzoeksteam creëerde een reeks grafeenmaterialen met verschillende SOC’s en vergeleek hun antibacteriële prestaties – waarbij de totale celgroei, biofilmvorming en oxidatieve stress werden geëvalueerd, evenals fysieke interacties met bacteriën, onder meer door middel van moleculaire simulaties.

Verschillende interactiemodi leiden tot verschillende antibacteriële activiteit en de interactiemodus hangt sterk samen met de stijfheid van de grafeenmaterialen, die afhangt van de hoeveelheid zuurstof aan het oppervlak.

De antibacteriële activiteit van grafeenmaterialen werd al in 2010 gerapporteerd. Het materiaal is gebruikt om antibacteriële stoffen te maken voor zwangerschapskleding die microbiële groei op het weefseloppervlak kan voorkomen. Met grafeen gecoate niet-geweven stoffen zijn gebruikt om antibacteriële maskers te produceren, terwijl op grafeen gebaseerde membranen uitgebreid zijn bestudeerd voor waterbehandeling vanwege hun ultrasnelle watertransport en aangroeiwerende werking.