Grafeen utiliseren om bacteriën te bestrijden | Grafeen (graphene)
Grafeen utiliseren om bacteriën te bestrijden

Uit nieuw onderzoek naar de kwaliteiten van grafeenoxide blijkt dat het koolstofmateriaal het vermogen kan schenken om infecties te bestrijden.

Grafeen is een nieuw materiaal dat in het afgelopen decennium voor het eerst werd gekarakteriseerd en waarvan het werk werd erkend met de 2010 Nobelprijs voor Natuurkunde.

Grafeen en zijn derivaten zijn uiterst veelzijdige materialen en veelbelovende kandidaten voor tal van toepassingen verspreidt over heel wat sectoren, inclusief belangrijke biomedische toepassingen.

Grafeenoxide (GO) is stabiel in een waterige oplossingen en kent meer voordelen voor potentiële biomedische toepassingen. Maar studies over antimicrobiële effecten van GO leveren tegenstrijdige resultaten op terwijl toxische en niet-toxische effecten tegelijkertijd werden waargenomen.

De doelstelling van dit werk is een nauwkeurige analyse aan te leveren betreffende de omvang, buffer en concentratie-afhankelijkheid van GO antibacteriële effecten op belangrijke menselijke ziekteverwekkers, zoals E.Coli, C.Albicans, E.Faecalis en S. Aureus.

Door het bekleden van chirurgische instrumenten met GO zijn de onderzoekers in staat de bacteriën te doden (door ze te incapsuleren), waardoor er (op termijn) minder nood is aan antibiotica. Daarnaast kan men op deze manier de percentages van de postoperatieve infecties verlagen en de hersteltijden versnellen.

Een van de voordelen van het grafeen oxide is de gemakkelijke dispergeerbaarheid in water en andere organische oplosmiddelen door de aanwezigheid van zuurstoffunctionaliteiten.

“We willen materialen maken die patiënten en medisch personeel kunnen helpen,” zei Valentina Palmieri, een biotechnoloog aan de Università Cattolica del Sacro Cuore in Rome.

Grafeenoxide, een vorm van grafeen met moleculaire zuurstof daarin opgenomen, beschermt tegen infecties door het vernietigen van bacteriën voordat ze in het lichaam worden opgenomen.

Het grafeenoxide wringt zich rondom de bacteriën en doorprikt het membraan. Een gebroken membraan voorkomt dat de bacteriën kunnen groeien en doodt het in de meeste gevallen.

“De bacteriën verliezen hun complexe structuur en sterven,” voegde Palmieri toe.

“En omdat grafeen gewoon koolstof is – een bouwsteen van het leven – is de giftigheid voor menselijke cellen veel lager in vergelijking met andere medicijnen zoals antibiotica.”

Grafeen valt specifiek bacteriële cellen aan, terwijl het de menselijke cellen spaart. Het mechanisme achter deze specificiteit is echter nog onduidelijk, zei Palmieri.

Grafeen is ook milieuvriendelijker. Traditionele werkwijzen voor het voorkomen van infecties zijn antibiotica en hulpmiddelen bekleed met zilver – beide zijn giftig voor het milieu, verklaarde Palmieri.

De verbinding is het meest effectief wanneer deze gekoppeld is met zout.

Te weinig zout en het grafeen oxide wikkelt zich niet rond de bacteriën. Te veel zout en de grafeenaggregaten zijn niet langer in staat
om het membraan van de bacteriën te doorboren.

Palmieri en haar team creëerde ook nieuwe protocol methoden voor het testen van de effectiviteit van het grafeen oxide en zoutmengsel.

Normaal maken onderzoekers gebruik van een spectrometer om te testen of de oplossing alle bacteriën heeft gedood. Deze methode hield echter geen rekening met eventuele bacteriën die op de bodem van de oplossing zijn gevallen.

In plaats daarvan maakt Palmieri en haar team gebruik van twee verschillende golflengten van licht – om zowel de absorptie als verstrooiing te meten – om te controleren op resterende bacteriën.

De volgende stap is om de werkzaamheid van het GO tegen schimmels te testen.

Schimmels kunnen ook grote problemen veroorzaken als ze een open wond infecteren.

Op dit moment, en via de huidige methode, zijn de cellen van schimmels echter te groot om het grafeen oxide er helemaal rondom te krijgen.

Palmieri zegt dat ze het zoutgehalte wil ‘tunen’ in de zoutoplossing om te zien of ze langs deze weg dit probleem kunnen oplossen.

Bron: abstractsonline
Foto: Valentina Palmieri


3D print schaalmodel structuur grafeen