Higiena jest niezbędna w przypadku przedmiotów codziennego użytku mających bliski kontakt z ciałem, w tym odzieży, masek i szczoteczek do zębów – fakt, który najwyraźniej umknął niektórym bardziej woniejącym przedstawicielom ludzkości. Naukowcy odkryli właśnie, w jaki sposób grafen selektywnie eliminuje bakterie, nie szkodząc ludzkim komórkom, co jest więcej, niż można powiedzieć o większości środków czyszczących. To odkrycie wskazuje na nową klasę materiałów antybakteryjnych, które mogą być zarówno bezpieczne dla ludzi, jak i zdolne do zmniejszenia zależności od tradycyjnych antybiotyków, zakładając, że bakterie nie nabiorą smaku do węgla.

Niedawno KAIST ogłosił, że zespół badawczy pod kierownictwem profesora Sanga Ouka Kima z Wydziału Inżynierii Materiałowej i profesora Hyuna Junga Chunga z Wydziału Nauk Biologicznych zidentyfikował mechanizm właściwości antybakteryjnych tlenku grafenu (GO). Materiał ten składa się z pojedynczej warstwy atomowej węgla z przyłączonymi grupami tlenowymi, co daje mu zdolność do dobrego dyspergowania w wodzie i wykonywania szeregu funkcji – jest to w zasadzie scyzoryk szwajcarski nanomateriałów.

Do tej pory naukowcy nie do końca rozumieli, w jaki sposób grafen osiąga swoje działanie antybakteryjne, co jest trochę jak wiedzieć, że samochód jeździ na paliwie, ale nie wiedzieć dlaczego. To badanie dostarcza wyraźnych dowodów na poziomie molekularnym, wyjaśniających, jak działa ten materiał.

Naukowcy odkryli, że tlenek grafenu przeprowadza to, co opisują jako „selektywne działanie antybakteryjne”. Przyłącza się do błon bakterii i je rozrywa, pozostawiając ludzkie komórki nietknięte. Proces ten jest podobny do tego, jak magnes przyciąga tylko niektóre metale, albo jak twój kot ląduje na twoich kolanach tylko wtedy, gdy musisz iść do toalety.

Ta selektywność pochodzi od grup zawierających tlen na powierzchni tlenku grafenu. Grupy te wiążą się specyficznie z cząsteczką zwaną POPG, która występuje w błonach komórkowych bakterii, ale nie w ludzkich komórkach. Mówiąc prościej, tlenek grafenu identyfikuje unikalną cechę bakterii, przyłącza się do niej i rozbija strukturę komórki. Fosfolipidy tworzą błonę otaczającą komórki, a POPG jest typem występującym głównie u bakterii – molekularny bramkarz, który wyrzuca tylko nieodpowiedni tłum.

Po zastosowaniu w postaci nanowłókien, materiał ten był w stanie zatrzymać wzrost szerokiej gamy szkodliwych bakterii, w tym opornych na antybiotyki superbakterii. Testy na zwierzętach wykazały również, że pomagał on w szybszym gojeniu się ran bez wywoływania stanu zapalnego, co jest więcej, niż można powiedzieć o większości ludzkich rutyn samoopieki.

Kolejną zaletą jest trwałość. Włókna wykonane z tlenku grafenu zachowały swoje właściwości antybakteryjne nawet po wielokrotnym praniu, co sugeruje silny potencjał do zastosowania w odzieży, tkaninach medycznych i innych praktycznych zastosowaniach – wreszcie tkanina, która walczy z bakteriami dłużej niż twoje skarpetki do siłowni.

Ta technologia jest już stosowana w produktach konsumenckich. Antybakteryjna szczoteczka do zębów z grafenu, opracowana na podstawie patentów z startupu założonego przez wykładowców 'Materials Creation Co., Ltd.', sprzedała się w ponad 10 milionach sztuk, co świadczy o silnym sukcesie komercyjnym. Ponadto GrapheneTex, materiał tekstylny wykorzystujący tę technologię, został użyty w mundurach noszonych przez zespół pokazowy taekwondo na Igrzyskach Olimpijskich w Paryżu w 2024 roku. Oczekuje się również, że pojawi się w funkcjonalnej odzieży sportowej na nadchodzących dużych wydarzeniach, takich jak Igrzyska Azjatyckie w 2026 roku – bo nic tak nie mówi „precyzja sztuk walki” jak atomy węgla.

Profesor Sang Ouk Kim wyjaśnił: „To badanie jest przykładem naukowego odkrycia, dlaczego grafen może selektywnie zabijać bakterie, pozostając bezpiecznym dla ludzkiego ciała”. Dodał: „Wykorzystując tę zasadę, możemy rozszerzyć zakres zastosowań poza bezpieczną odzież bez ostrych chemikaliów na nieskończoną gamę, w tym urządzenia do noszenia i medyczne systemy tekstylne”. Innymi słowy, twój przyszły pasek smartwatcha może służyć jako kat bakterii.

Sujin Cha (program doktorancki, Wydział Inżynierii Materiałowej) i Ju Yeon Chung (zintegrowany program magistersko-doktorancki, Wydział Nauk Biologicznych) byli pierwszymi autorami. Badanie zostało opublikowane w Advanced Functional Materials.