Гигиена необходима для предметов повседневного обихода, которые тесно контактируют с телом, включая одежду, маски и зубные щетки — факт, который, по-видимому, ускользнул от некоторых более ароматных представителей человечества. Ученые теперь выяснили, как графен может избирательно уничтожать бактерии, не нанося вреда человеческим клеткам, что уже больше, чем можно сказать о большинстве чистящих средств. Это открытие указывает на новый класс антибактериальных материалов, которые могут быть как безопасными для человека, так и способными снизить зависимость от традиционных антибиотиков, если, конечно, бактерии не пристрастятся к углероду.

Недавно KAIST объявил, что совместная исследовательская группа под руководством профессора Сан Оук Кима с кафедры материаловедения и профессора Хён Джун Чунг с кафедры биологических наук определила механизм антибактериальных свойств оксида графена (GO). Этот материал состоит из одного атомного слоя углерода с присоединенными кислородными группами, что придает ему способность хорошо диспергироваться в воде и выполнять множество функций — по сути, швейцарский нож среди наноматериалов.

До сих пор ученые не до конца понимали, как графен достигает своего антибактериального эффекта, что немного похоже на знание того, что машина работает на топливе, но не понимание почему. Это исследование предоставляет четкие молекулярные доказательства, объясняющие, как работает материал.

Исследователи обнаружили, что оксид графена осуществляет то, что они описывают как «избирательное антибактериальное действие». Он прикрепляется к мембранам бактерий и разрушает их, оставляя человеческие клетки нетронутыми. Процесс похож на то, как магнит притягивается только к определенным металлам, или как ваша кошка прилипает к вашим коленям только тогда, когда вам нужно в туалет.

Эта избирательность обусловлена кислородсодержащими группами на поверхности оксида графена. Эти группы связываются специфически с молекулой POPG, которая содержится в бактериальных клеточных мембранах, но отсутствует в человеческих клетках. Простыми словами, оксид графена идентифицирует уникальную особенность бактерий, прикрепляется к ней и разрушает клеточную структуру. Фосфолипиды составляют мембрану, окружающую клетки, и POPG — это тип, в основном присутствующий в бактериях — молекулярный вышибала, который выгоняет только неправильную компанию.

При применении в форме нановолокон этот материал смог остановить рост широкого спектра вредных бактерий, включая устойчивые к антибиотикам супербактерии. Тесты на животных также показали, что он способствует более быстрому заживлению ран без воспаления, что уже больше, чем можно сказать о большинстве человеческих процедур по уходу за собой.

Еще одно преимущество — долговечность. Волокна, изготовленные с использованием оксида графена, сохраняли свои антибактериальные свойства даже после многократных стирок, что указывает на большой потенциал для использования в одежде, медицинских тканях и других практических применениях — наконец-то ткань, которая борется с бактериями дольше, чем ваши спортивные носки.

Эта технология уже используется в потребительских товарах. Антибактериальная зубная щетка из графена, разработанная по патентам стартапа при факультете «Materials Creation Co., Ltd.», продана в количестве более 10 миллионов единиц, демонстрируя коммерческий успех. Кроме того, GrapheneTex, текстильный материал, включающий эту технологию, использовался в форме, которую носила демонстрационная команда по тхэквондо на Олимпийских играх 2024 года в Париже. Ожидается также его появление в функциональной спортивной одежде на крупных предстоящих мероприятиях, таких как Азиатские игры 2026 года — потому что ничто так не говорит о «точности боевых искусств», как атомы углерода.

Профессор Сан Оук Ким объяснил: «Это исследование является примером научного раскрытия того, почему графен может избирательно убивать бактерии, оставаясь безопасным для человеческого организма». Он добавил: «Используя этот принцип, мы можем выйти за рамки безопасной одежды без агрессивных химикатов к бесконечному спектру применений, включая носимые устройства и системы медицинского текстиля». Другими словами, ваш следующий ремешок для умных часов может выполнять функцию палача бактерий.

Суджин Ча (докторантура, кафедра материаловедения) и Джу Ён Чунг (интегрированная программа магистратуры/докторантуры, кафедра биологических наук) являются первыми авторами статьи, опубликованной в журнале Advanced Functional Materials.