Het dunste materiaal ter wereld kan implantaatinfectie voorkomen
Met slechts één atoom dik is grafeen het dunste materiaal dat de mens kent. Vanwege zijn hoge geleidbaarheid kan grafeen worden gebruikt in verschillende elektronische apparaten, zoals telefoonschermen en laders. Nieuw onderzoek voegt toe aan de lijst met toepassingen van het materiaal, omdat een dunne laag grafeen een antibacteriële werking blijkt te hebben.
Grafeen werd gevonden in 2002, toen een expert in microscopisch dunne materialen besloot te experimenteren met zeer dunne laagjes koolstof.
Het resulterende "supermateriaal" staat nu bekend als een van 's werelds sterkste materialen - in feite is het 200 keer sterker dan staal - en ook het dunste.
Grafeen, gemaakt als vlokken of films, is meer elektrisch geleidend dan koper.
Eerder hebben onderzoekers geëxperimenteerd met het verticaal plaatsen van de grafeenvlokken in een poging de toepassingen ervan uit te breiden.
Hoewel het structureren van grafeen als verticale "spikes" op zich niet innovatief is, zijn wetenschappers van de Chalmers University of Technology in Göteborg, Zweden, de eersten die aantonen dat het verticaal plaatsen van de vlokken bacteriën doodt en infecties in een chirurgisch implantaat voorkomt.
De bevindingen - die nu in het tijdschrift zijn gepubliceerd Geavanceerde materiaalinterfaces - zijn bijzonder belangrijk gezien het feit dat eerder onderzoek tegenstrijdige resultaten opleverde, waarbij sommige tests aantonen dat het bacteriën vernietigt en andere de bacteriën ongedeerd laten.
"We ontdekten dat de belangrijkste parameter is om het grafeen verticaal te oriënteren", zegt co-corresponderende studie auteur Ivan Mijakovic, een professor bij de afdeling Biologie en Biologische Engineering aan de Chalmers University of Technology. "Als het horizontaal is, worden de bacteriën niet beschadigd", legt hij uit.
Hoe grafeen implantaten ten goede kan komen
Volgens de Food and Drug Administration (FDA) zijn medische implantaten "apparaten of weefsels die in of op het oppervlak van het lichaam worden geplaatst". Sommige van deze implantaten kunnen lichaamsdelen vervangen, zoals heup- of knieprotheses, of ze kunnen gewoon de goede werking van andere organen ondersteunen.
De FDA waarschuwt dat implantaten vaak gepaard gaan met infecties, vooral direct na de operatie. Hoewel dergelijke infecties meestal kunnen worden behandeld met geschikte medicijnen, moet het implantaat in sommige gevallen helemaal worden verwijderd.
Het nieuwe onderzoek toont echter aan dat het verticaal plaatsen van grafeenvlokken op het oppervlak van het implantaat een "stekelig" beschermend schild vormt dat de bacteriën in plakjes snijdt en voorkomt dat ze zich hechten.
Belangrijk is dat deze beschermende laag de menselijke cellen niet beschadigt; menselijke cellen zijn 25 keer groter dan bacteriën. De onderstaande video legt in meer detail uit hoe grafeenpieken werken.
"Grafeen heeft een groot potentieel voor gezondheidstoepassingen", zegt co-corresponderende studie auteur Jie Sun, een universitair hoofddocent bij de afdeling Microtechnologie en Nanowetenschappen aan de Chalmers University of Technology.
Het risico van implantaatafstoting minimaliseren, antibiotica overbodig maken en beschermen tegen infectie zijn slechts enkele van deze toepassingen.
Hij waarschuwt echter: “er is meer onderzoek nodig voordat we kunnen beweren dat [grafeen] volkomen veilig is. We weten onder meer dat grafeen niet gemakkelijk wordt afgebroken. "
“We willen voorkomen dat bacteriën een infectie veroorzaken. Anders heb je misschien antibiotica nodig, die de balans van normale bacteriën kunnen verstoren en ook het risico op antimicrobiële resistentie door ziekteverwekkers kunnen vergroten. "
Eerste studie auteur Santosh Pandit, Afdeling Biologie en Biologische Technologie, Chalmers University of Technology
