衛生は、衣類、マスク、歯ブラシなど、身体に密着する日用品にとって不可欠だ――この事実は、人類の中でも特に香りの強い一部のメンバーにはどうやら伝わっていないようだ。科学者たちは今回、グラフェンがどのようにして細菌だけを選択的に排除し、人間の細胞には無害であるかを明らかにした。これは、ほとんどの洗浄剤には言えないことだ。この発見は、人に安全で、従来の抗生物質への依存を減らせる可能性のある、新しい抗菌材料のクラスを示している。ただし、細菌が炭素を好むようにならないことを前提とするが。

最近、KAISTは、材料科学工学科のサン・ウク・キム教授と生物科学科のヒュン・ジョン・チョン教授が率いる共同研究チームが、酸化グラフェン（GO）の抗菌特性の背後にあるメカニズムを特定したと発表した。この材料は、酸素基が付着した炭素の単原子層からなり、水中でよく分散し、さまざまな機能を発揮する――いわばナノ材料のスイスアーミーナイフだ。

これまで、科学者たちはグラフェンがどのように抗菌効果を発揮するのか完全には理解していなかった。これは、車が燃料で動くことは知っているが、その理由は知らないようなものだ。今回の研究は、材料の働きを説明する明確な分子レベルの証拠を提供している。

研究者らは、酸化グラフェンが「選択的抗菌作用」と呼ばれる作用を実行することを発見した。それは細菌の膜に付着して破壊する一方、人間の細胞には影響を与えない。このプロセスは、磁石が特定の金属にだけくっつくのと似ている。あるいは、あなたがトイレに行きたいときに限って猫があなたの膝に乗るのと似ている。

この選択性は、酸化グラフェンの表面にある酸素含有基に由来する。これらの基は、細菌の細胞膜に存在するが人間の細胞にはないPOPGと呼ばれる分子に特異的に結合する。簡単に言えば、酸化グラフェンは細菌のユニークな特徴を識別し、それに付着して細胞構造を破壊する。リン脂質は細胞を取り巻く膜を構成し、POPGは主に細菌に存在するタイプだ――分子レベルの用心棒で、間違った連中だけを追い出す。

ナノファイバー形態で適用すると、この材料は抗生物質耐性スーパーバグを含む広範囲の有害な細菌の増殖を阻止できた。動物実験では、炎症を起こさずに傷の治癒を促進することも示された。これは、ほとんどの人間のセルフケアルーチンには言えないことだ。

もう一つの利点は耐久性だ。酸化グラフェンで作られた繊維は、繰り返し洗濯しても抗菌特性を維持した。これは、衣類、医療用布地、その他の実用的用途への強い可能性を示唆している――ついに、あなたのジムの靴下よりも長く細菌と戦う布地が登場した。

この技術はすでに消費者製品に使用されている。教員主導のスタートアップ「Materials Creation Co., Ltd.」の特許を通じて開発されたグラフェン抗菌歯ブラシは、1000万本以上を販売し、商業的成功を実証している。さらに、この技術を組み込んだテキスタイル素材「GrapheneTex」は、2024年パリオリンピックのテコンドー実演チームが着用したユニフォームに使用された。また、2026年アジア競技大会などの主要な今後のイベントで機能性スポーツウェアに登場することが期待されている――なぜなら、「武道の精度」と言えば炭素原子だからだ。

サン・ウク・キム教授は、「この研究は、なぜグラフェンが選択的に細菌を殺し、人体に安全であるかを科学的に解明した例です」と説明した。さらに、「この原理を活用することで、刺激の強い化学物質を使わない安全な衣類を超えて、ウェアラブルデバイスや医療用テキスタイルシステムなど、無限の応用範囲に拡大できます」と付け加えた。言い換えれば、あなたの次のスマートウォッチのバンドは、細菌処刑人を兼ねるかもしれない。

材料科学工学科の博士課程スジン・チャ氏と統合修士博士課程のジュ・ヨン・チョン氏が共同筆頭著者として参加した。この研究は、国際学術誌『Advanced Functional Materials』に掲載された。