النظافة ضرورية للأغراض اليومية التي تلامس الجسم عن كثب، بما في ذلك الملابس والأقنعة وفرش الأسنان - وهي حقيقة يبدو أنها غابت عن بعض أفراد البشرية الأكثر عطرًا. اكتشف العلماء الآن كيف يمكن للغرافين القضاء على البكتيريا بشكل انتقائي مع ترك الخلايا البشرية سليمة، وهو أكثر مما يمكن قوله عن معظم منتجات التنظيف. يشير هذا الاكتشاف إلى فئة جديدة من المواد المضادة للبكتيريا يمكن أن تكون آمنة للبشر وقادرة على تقليل الاعتماد على المضادات الحيوية التقليدية، على افتراض أن البكتيريا لا تطور ولعًا بالكربون.

مؤخرًا، أعلنت KAIST أن فريقًا بحثيًا تعاونيًا بقيادة البروفيسور سانغ أوك كيم من قسم علوم وهندسة المواد والبروفيسورة هيون جونغ تشونغ من قسم العلوم البيولوجية حدد الآلية الكامنة وراء الخصائص المضادة للبكتيريا لأكسيد الغرافين (GO). تتكون هذه المادة من طبقة ذرية واحدة من الكربون مع مجموعات أكسجين مرتبطة بها، مما يمنحها القدرة على التشتت جيدًا في الماء وأداء مجموعة من الوظائف - في الأساس سكين الجيش السويسري للمواد النانوية.

حتى الآن، لم يفهم العلماء تمامًا كيف يحقق الغرافين تأثيراته المضادة للبكتيريا، وهو أشبه بمعرفة أن السيارة تعمل بالوقود ولكن ليس لماذا. تقدم هذه الدراسة أدلة واضحة على المستوى الجزيئي تشرح كيفية عمل المادة.

وجد الباحثون أن أكسيد الغرافين يقوم بما يصفونه بـ "العمل المضاد للبكتيريا الانتقائي". يلتصق بأغشية البكتيريا ويعطلها بينما يترك الخلايا البشرية دون تأثير. تشبه العملية كيف يلتصق المغناطيس بمعادن معينة فقط، أو كيف يلتصق قطك بحجرك فقط عندما تحتاج إلى التبول.

تأتي هذه الانتقائية من المجموعات المحتوية على الأكسجين على سطح أكسيد الغرافين. ترتبط هذه المجموعات بشكل خاص بجزيء يسمى POPG، الموجود في أغشية الخلايا البكتيرية ولكن ليس في الخلايا البشرية. بعبارات بسيطة، يحدد أكسيد الغرافين ميزة فريدة للبكتيريا، ويلتصق بها، ويكسر بنية الخلية. تشكل الدهون الفوسفورية الغشاء المحيط بالخلايا، وPOPG هو نوع موجود بشكل رئيسي في البكتيريا - بواب جزيئي يطرد فقط الجمهور الخطأ.

عند تطبيقه في شكل ألياف نانوية، كانت هذه المادة قادرة على إيقاف نمو مجموعة واسعة من البكتيريا الضارة، بما في ذلك الجراثيم الخارقة المقاومة للمضادات الحيوية. أظهرت الاختبارات على الحيوانات أيضًا أنها ساعدت الجروح على الالتئام بسرعة أكبر دون التسبب في التهاب، وهو أكثر مما يمكن قوله عن معظم روتينات العناية الذاتية البشرية.

ميزة أخرى هي المتانة. احتفظت الألياف المصنوعة من أكسيد الغرافين بخصائصها المضادة للبكتيريا حتى بعد الغسيل المتكرر، مما يشير إلى إمكانات قوية للاستخدام في الملابس والأقمشة الطبية والتطبيقات العملية الأخرى - أخيرًا، نسيج يحارب البكتيريا لفترة أطول من جواربك الرياضية.

هذه التكنولوجيا تُستخدم بالفعل في المنتجات الاستهلاكية. فرشاة أسنان مضادة للبكتيريا من الغرافين تم تطويرها من خلال براءات اختراع من الشركة الناشئة التي يقودها أعضاء هيئة التدريس 'Materials Creation Co., Ltd.'، باعت أكثر من 10 ملايين وحدة، مما يدل على نجاح تجاري قوي. بالإضافة إلى ذلك، تم استخدام GrapheneTex، وهي مادة نسيجية تتضمن هذه التكنولوجيا، في الزي الرسمي الذي يرتديه فريق التايكواندو الاستعراضي في أولمبياد باريس 2024. ومن المتوقع أيضًا أن تظهر في الملابس الرياضية الوظيفية في الأحداث الكبرى القادمة مثل دورة الألعاب الآسيوية 2026 - لأنه لا شيء يقول "دقة الفنون القتالية" مثل ذرات الكربون.

أوضح البروفيسور سانغ أوك كيم: "هذه الدراسة هي مثال على الكشف العلمي عن سبب قدرة الغرافين على قتل البكتيريا بشكل انتقائي مع بقائه آمنًا لجسم الإنسان." وأضاف: "باستخدام هذا المبدأ، يمكننا التوسع إلى ما هو أبعد من الملابس الآمنة بدون مواد كيميائية قاسية إلى مجموعة لا حصر لها من التطبيقات، بما في ذلك الأجهزة القابلة للارتداء وأنظمة النسيج الطبية." بعبارة أخرى، قد يكون حزام ساعتك الذكية القادم بمثابة جلاد للبكتيريا.

سوجين تشا (برنامج الدكتوراه، قسم علوم وهندسة المواد) وجو يون تشونغ (برنامج الماجستير/الدكتوراه المتكامل،