Использование графена может стать переломным моментом в борьбе с антибиотикорезистентными бактериями, так как он обладает сильными бактерицидными свойствами. До сих пор не существовало эффективных способов их контролировать, а значит, не было возможности использовать потенциал графена в здравоохранении. Теперь исследователи из Технологического университета Чалмерса (Швеция) решили эту проблему, используя ту же технологию, что и в обычном магните для холодильника. В результате получилась ультратонкая акупунктурная поверхность, которая может служить покрытием для катетеров и имплантатов, убивая 99,9 % всех бактерий на поверхности.
Инфекции, связанные с оказанием медицинской помощи, являются широко распространенной проблемой во всем мире, вызывая огромные страдания, высокие затраты на здравоохранение и повышенный риск роста устойчивости к антибиотикам. Большинство инфекций возникает в связи с использованием различных медицинских технологий, таких как катетеры, протезы тазобедренного сустава, коленные протезы и зубные имплантаты, когда бактерии могут попасть в организм через чужеродную поверхность. В Технологическом университете Чалмерса исследователи изучают, как графен, атомарно тонкий двумерный графитовый материал, может способствовать борьбе с устойчивостью к антибиотикам и инфекциям в здравоохранении. Ранее исследовательской группе удалось продемонстрировать, как вертикально расположенные хлопья графена не позволяют бактериям прикрепляться к поверхности. Вместо этого бактерии разрезаются на части об острые чешуйки и погибают.
«Мы разрабатываем ультратонкий антибактериальный материал на основе графена, который можно наносить на любые плоскости, включая биомедицинские устройства, хирургические поверхности и имплантаты, чтобы исключить попадание бактерий. Поскольку графен не позволяет бактериям физически прикрепляться к поверхности, у него есть преимущество: вы не рискуете повысить устойчивость к антибиотикам, в отличие от других химических альтернатив», – говорит Иван Миякович, профессор системной биологии в Технологическом университете Чалмерса и один из авторов исследования.
Однако ученые столкнулись с проблемой. Хотя бактерицидные свойства графена можно продемонстрировать в лабораторных условиях, исследователям пока не удается контролировать направление ориентации графеновых хлопьев, а значит, не получается нанести материал на поверхности, используемые в медицинских приборах. До сих пор бактерицидные свойства графена можно было контролировать только в одном направлении. Но теперь исследователи из Чалмерса совершили многообещающий прорыв в области практического применения.
«Нам удалось найти способ контролировать воздействие графена практически в нескольких различных направлениях и с очень высоким уровнем равномерности ориентации. Новый метод позволяет интегрировать графеновые нанопластины в медицинские приборы и получить антибактериальную поверхность, убивающую 99,9% бактерий. Это открывает путь к значительно большей гибкости при производстве медицинских устройств, уничтожающих бактерии, с использованием графена», – говорит Роланд Кадар, профессор, автор работы.
Расположив магниты по кругу так, чтобы магнитное поле имело прямолинейное направление, исследователи смогли вызвать равномерную ориентацию графена и достичь очень высокого бактерицидного эффекта на поверхностях любой формы.
Метод, опубликованный в журнале Advanced Functional Materials, называется «массив Хальбаха» и означает, что магнитное поле внутри магнитов усиливается и становится равномерным, в то время как с другой стороны оно ослабляется, что позволяет добиться сильной однонаправленной ориентации графена. Технология похожа на ту, что используется в магнитах для холодильника.
«Впервые метод массива Хальбаха был использован для ориентации графена в полимерном нанокомпозите. Теперь, когда мы увидели результаты, мы хотим, чтобы графеновые пластины были внедрены в сектор здравоохранения, чтобы мы могли уменьшить количество инфекций, связанных с медицинским обслуживанием», – говорит Виней Гай, исследователь реологии и обработки мягкой материи.
Новая технология демонстрирует значительный потенциал и в других областях, например, в батареях, суперконденсаторах, сенсорах и прочных водостойких упаковочных материалах.
«Учитывая широкое влияние метода на все области, он действительно открывает новые горизонты в выравнивании материалов, предоставляя мощный инструмент для успешного проектирования и настройки наноструктур, которые биомимикрируют под сложные архитектуры, встречающиеся в природных системах», – говорит Роланд Кадар.
[Фото: Chalmers University of Technology |Yen Sandqvist]