Verdens tynneste materiale kan forhindre infeksjon av implantater
Ved bare ett atom tykt er grafen det tynneste materialet som er kjent for mennesket. På grunn av den høye ledningsevnen, kan grafen brukes i forskjellige elektroniske enheter som telefonskjermer og ladere. Ny forskning legger til listen over bruksområder for materialet, ettersom et tynt lag med grafen viser seg å ha en antibakteriell effekt.
Grafen ble funnet i 2002, da en ekspert på mikroskopisk tynne materialer bestemte seg for å eksperimentere med veldig tynne karbonlag.
Det resulterende "supermaterialet" er nå kjent som et av verdens sterkeste materialer - faktisk er det 200 ganger sterkere enn stål - så vel som det tynneste.
Laget enten som flak eller film, er grafen mer elektrisk ledende enn kobber.
Tidligere har forskere eksperimentert med å plassere grafenflakene vertikalt i et forsøk på å utvide applikasjonene.
Mens strukturering av grafen som vertikale "pigger" ikke i seg selv er nyskapende, er forskere ved Chalmers University of Technology i Göteborg, Sverige, de første som demonstrerer at plassering av flak vertikalt dreper bakterier og forhindrer infeksjoner i et kirurgisk implantat.
Resultatene - som nå er publisert i tidsskriftet Avanserte materialgrensesnitt - er spesielt viktige med tanke på at tidligere forskning ga motstridende resultater, med noen tester som viser at den ødelegger bakterier og andre som lar bakteriene være uskadd.
"Vi oppdaget at nøkkelparameteren er å orientere grafen vertikalt," sier den tilsvarende korresponderende studieforfatteren Ivan Mijakovic, professor ved Institutt for biologi og biologisk ingeniørfag ved Chalmers University of Technology. "Hvis det er vannrett, blir ikke bakteriene skadet," forklarer han.
Hvordan grafen kan være til nytte for implantater
I følge Food and Drug Administration (FDA) er medisinske implantater "enheter eller vev som plasseres i eller på overflaten av kroppen." Noen av disse implantatene kan erstatte kroppsdeler, for eksempel hofte- eller kneproteser, eller de kan ganske enkelt støtte den gode funksjonen til andre organer.
FDA advarer om at infeksjoner ofte følger implantater - spesielt umiddelbart etter operasjonen. Selv om slike infeksjoner vanligvis kan behandles med passende medisiner, må implantatet fjernes helt.
Den nye undersøkelsen viser imidlertid at plassering av grafenflak vertikalt på overflaten av implantatet danner et "spiky" beskyttende skjold som skiver opp bakteriene og hindrer dem i å feste seg.
Det er viktig at dette beskyttende laget ikke skader menneskelige celler; menneskelige celler er 25 ganger større enn bakterier. Videoen nedenfor forklarer nærmere hvordan grafenpigger fungerer.
"Grafen har høyt potensial for helseprogrammer," sier medkoordinerende studieforfatter Jie Sun, lektor ved Institutt for mikroteknologi og nanovitenskap ved Chalmers University of Technology.
Å minimere risikoen for avvisning av implantat, gjøre antibiotika unødvendig og beskytte mot infeksjon er bare noen av disse applikasjonene.
Imidlertid advarer han, ”mer forskning er nødvendig før vi kan hevde at [grafen] er helt trygt. Vi vet blant annet at grafen ikke brytes ned lett. ”
“Vi ønsker å forhindre at bakterier skaper en infeksjon. Ellers kan det hende du trenger antibiotika, som kan forstyrre balansen mellom normale bakterier og også øke risikoen for antimikrobiell resistens av patogener. "
Første studieforfatter Santosh Pandit, Institutt for biologi og biologisk ingeniørfag, Chalmers University of Technology
