石墨烯具有强大的杀菌属性，使其在抗击抗生素耐药性细菌的斗争中具有潜在的突破性意义。到目前为止，没有有效的方法来利用这些属性，限制了其在医疗保健中的应用。瑞典查尔默斯科技大学的研究人员现在通过采用类似于标准冰箱磁铁的技术解决了这个问题。结果是一个超薄的、类似针灸的涂层，可以应用于导管和植入物，能够消灭任何表面上99.9%的细菌。
与医疗保健相关的感染是全球普遍面临的挑战，导致了相当大的痛苦、飞涨的医疗费用，以及增加的抗生素耐药风险。这些感染大多数源于医疗设备，如导管、髋关节和膝关节植入物以及牙科装置，细菌可以通过外部表面渗透到体内。在查尔默斯科技大学，研究人员探讨了石墨烯这种原子级薄的二维石墨形式在抗击抗生素耐药性和与医疗相关感染方面的作用。研究团队之前已经证明，垂直定向的石墨烯薄片可以防止细菌附着在表面上；相反，细菌被薄片的锋利边缘有效地摧毁。
“我们正在开发一种基于石墨烯的超薄抗菌材料，可以涂覆在任何表面上，包括生物医学设备、手术表面和植入物，以防止细菌附着。由于石墨烯从物理上抑制了细菌的附着，因此它的优势在于不会促进抗生素的耐药性，这与传统的化学替代品 such as antibiotics 不同，” 查尔默斯科技大学系统生物学教授、最近发表研究的共同作者伊万·米亚科维奇解释道。
消灭表面上99.9%的细菌
然而，研究团队遇到了一个重大挑战。尽管实验室测试已经确认了石墨烯的杀菌特性，研究人员在管理石墨烯薄片的定向方面苦苦挣扎，以便能够应用于医疗设备的表面。直到现在，他们只能以制造过程确定的特定方式控制薄片的方向。幸运的是，团队相信他们已经取得了一个重大突破，从而提高了在医疗保健及其他领域的实际应用。
“我们发现了一种方法，可以以高度均匀的方式控制石墨烯在多个方向上的效果。这种新的定向技术使得石墨烯纳米片可以集成到医疗塑料表面中，产生一种抗菌涂层，可以消灭99.9%试图附着的细菌。这为利用石墨烯制造杀菌医疗设备的灵活性开辟了新的途径，” 查尔默斯科技大学流变学教授罗兰·卡达尔说。
通过磁场控制实现前所未有的效率
通过将地球磁铁战略性地排列成圆形以创建线性磁场，研究人员达成了石墨烯的均匀定向，产生了对各种形状表面令人印象深刻的杀菌效果。
这一方法在《先进功能材料》中详细介绍，被称为“哈尔巴赫阵列”。该技术增强和规范了阵列内的磁场，同时在对侧降低磁场，使石墨烯均匀排列。这项技术类似于典型冰箱磁铁中所见的技术。
“这是首次使用哈尔巴赫阵列技术在聚合物纳米复合物中定向石墨烯。根据我们的结果，我们渴望在医疗保健领域实施这些涂有石墨烯的解决方案，以降低与医疗相关的感染发生率，减少患者痛苦，并抗击抗生素耐药性，” 查尔默斯科技大学流变学与软物质加工研究员文尼·盖指出。
新的定向技术在电池、超级电容器、传感器和耐用防水包装材料等多个领域持有巨大潜力。
“考虑到其广泛的潜力，这种方法确实为材料定向开辟了新的途径，为有效设计和定制模仿自然中复杂结构的纳米结构提供了强有力的工具，” 罗兰·卡达尔补充道。
