Igiena este esențială pentru obiectele de zi cu zi care vin în contact strâns cu corpul, inclusiv îmbrăcăminte, măști și periuțe de dinți – un fapt care, se pare, a scăpat unora dintre membrii mai parfumați ai umanității. Oamenii de știință au descoperit acum cum poate grafeenul să elimine selectiv bacteriile, lăsând celulele umane neatinse, ceea ce este mai mult decât se poate spune despre majoritatea produselor de curățare. Această descoperire indică o nouă clasă de materiale antibacteriene care ar putea fi atât sigure pentru oameni, cât și capabile să reducă dependența de antibioticele tradiționale, presupunând că bacteriile nu dezvoltă un gust pentru carbon.

Recent, KAIST a anunțat că o echipă de cercetare condusă de profesorul Sang Ouk Kim de la Departamentul de Știința și Ingineria Materialelor și profesoara Hyun Jung Chung de la Departamentul de Științe Biologice a identificat mecanismul din spatele proprietăților antibacteriene ale Oxidului de Grafen (GO). Acest material constă dintr-un singur strat atomic de carbon cu grupări de oxigen atașate, oferindu-i capacitatea de a se dispersa bine în apă și de a îndeplini o serie de funcții – practic, briceagul elvețian al nanomaterialelor.

Până acum, oamenii de știință nu înțelegeau pe deplin cum reușea grafeenul să aibă efecte antibacteriene, ceea ce este ca și cum ai ști că o mașină merge pe combustibil, dar nu și de ce. Acest studiu oferă dovezi clare la nivel molecular care explică modul în care funcționează materialul.

Cercetătorii au descoperit că oxidul de grafen realizează ceea ce ei numesc „acțiune antibacteriană selectivă”. Se atașează și perturbă membranele bacteriilor, lăsând celulele umane neafectate. Procesul este similar cu modul în care un magnet se lipește doar de anumite metale sau cum pisica ta se lipește doar de poala ta când trebuie să mergi la baie.

Această selectivitate provine de la grupările care conțin oxigen de pe suprafața oxidului de grafen. Aceste grupări se leagă specific de o moleculă numită POPG, care se găsește în membranele celulare bacteriene, dar nu și în celulele umane. În termeni simpli, oxidul de grafen identifică o caracteristică unică a bacteriilor, se atașează de ea și descompune structura celulară. Fosfolipidele alcătuiesc membrana din jurul celulelor, iar POPG este un tip prezent în principal în bacterii – un bouncer molecular care dă afară doar mulțimea greșită.

Când a fost aplicat sub formă de nanofibre, acest material a reușit să oprească creșterea unei game largi de bacterii dăunătoare, inclusiv superbugi rezistenți la antibiotice. Testele pe animale au arătat, de asemenea, că a ajutat rănile să se vindece mai repede fără a provoca inflamații, ceea ce este mai mult decât se poate spune despre majoritatea rutinelor de auto-îngrijire umane.

Un alt avantaj este durabilitatea. Fibrele fabricate cu oxid de grafen și-au păstrat proprietățile antibacteriene chiar și după spălări repetate, sugerând un potențial puternic pentru utilizare în îmbrăcăminte, țesături medicale și alte aplicații practice – în sfârșit, o țesătură care luptă împotriva bacteriilor mai mult decât șosetele tale de sală.

Această tehnologie este deja utilizată în produse de consum. O periuță de dinți antibacteriană cu grafen, dezvoltată prin brevete ale startup-ului condus de cadre universitare „Materials Creation Co., Ltd.”, s-a vândut în peste 10 milioane de unități, demonstrând un succes comercial puternic. În plus, GrapheneTex, un material textil care încorporează această tehnologie, a fost folosit în uniformele purtate de echipa demonstrativă de Taekwondo la Jocurile Olimpice de la Paris din 2024. De asemenea, se așteaptă să apară în îmbrăcămintea sportivă funcțională la evenimente majore viitoare, cum ar fi Jocurile Asiatice din 2026 – pentru că nimic nu spune „precizie în arte marțiale” ca atomii de carbon.

Profesorul Sang Ouk Kim a explicat: „Acest studiu este un exemplu de descoperire științifică a motivului pentru care grafeenul poate ucide selectiv bacteriile, rămânând în același timp sigur pentru corpul uman.” El a adăugat: „Folosind acest principiu, putem extinde dincolo de îmbrăcămintea sigură fără substanțe chimice dure la o gamă infinită de aplicații, inclusiv dispozitive portabile și sisteme textile medicale.” Cu alte cuvinte, următoarea ta brățară de smartwatch s-ar putea dubla ca un executant de bacterii.

Sujin Cha (program de doctorat, Departamentul de Știința și Ingineria Materialelor) și Ju Yeon Chung (program integrat de masterat/doctorat, Departamentul de Științe Biologice) au contribuit la studiu, care a fost publicat în jurnalul Advanced Functional Materials.