Världens tunnaste material kan förhindra implantatinfektion
Vid bara en atom tjock är grafen det tunnaste material som människan känner till. På grund av dess höga ledningsförmåga kan grafen användas i olika elektroniska enheter som telefonskärmar och laddare. Ny forskning lägger till listan över användningar av materialet, eftersom ett tunt lager grafen visar sig ha en antibakteriell effekt.
Grafen hittades 2002, när en expert på mikroskopiskt tunna material bestämde sig för att experimentera med mycket tunna kolskikt.
Det resulterande "supermaterialet" är nu känt som ett av världens starkaste material - det är faktiskt 200 gånger starkare än stål - såväl som det tunnaste.
Grafen är gjord antingen som flingor eller filmer och är mer elektriskt ledande än koppar.
Tidigare har forskare experimenterat med att placera grafenflingorna vertikalt i ett försök att utvidga dess tillämpningar.
Även om strukturering av grafen som vertikala ”spikar” inte i sig är innovativ är forskare vid Chalmers tekniska högskola i Göteborg de första som visar att placeringen av flingorna vertikalt dödar bakterier och förhindrar infektioner i ett kirurgiskt implantat.
Resultaten - som nu har publicerats i tidskriften Avancerade materialgränssnitt - är särskilt betydelsefulla med tanke på att tidigare forskning gav motstridiga resultat, med vissa tester som visade att den förstör bakterier och andra lämnar bakterierna oskadd.
"Vi upptäckte att nyckelparametern är att orientera grafen vertikalt", säger motsvarande studieförfattare Ivan Mijakovic, professor vid institutionen för biologi och biologisk teknik vid Chalmers tekniska universitet. "Om det är horisontellt skadas inte bakterierna", förklarar han.
Hur grafen kan gynna implantat
Enligt Food and Drug Administration (FDA) är medicinska implantat "enheter eller vävnader som placeras i eller på kroppens yta." Några av dessa implantat kan ersätta kroppsdelar, såsom höft- eller knäproteser, eller de kan helt enkelt stödja andra organs goda funktion.
FDA varnar för att infektioner ofta följer med implantat - särskilt omedelbart efter operationen. Även om vanligtvis sådana infektioner kan behandlas med lämpliga läkemedel, måste implantatet i vissa fall tas bort helt.
Den nya undersökningen visar dock att placeringen av grafenflingor vertikalt på implantatets yta bildar en ”taggig” skyddande sköld som skär upp bakterierna och hindrar dem från att fästa.
Viktigt är att detta skyddande skikt inte skadar mänskliga celler; mänskliga celler är 25 gånger större än bakterier. Videon nedan förklarar närmare hur grafenpinnar fungerar.
”Grafen har stor potential för hälsoapplikationer”, säger medförsvarsstudieförfattare Jie Sun, docent vid institutionen för mikroteknik och nanovetenskap vid Chalmers tekniska universitet.
Att minimera risken för implantatavstötning, göra antibiotika onödiga och skydda mot infektion är bara några av dessa applikationer.
Men han varnar, ”mer forskning behövs innan vi kan hävda att [grafen] är helt säkert. Vi vet bland annat att grafen inte försämras lätt. ”
”Vi vill förhindra att bakterier skapar en infektion. Annars kan du behöva antibiotika, vilket kan störa balansen mellan normala bakterier och också öka risken för antimikrobiell resistens av patogener. ”
Första studieförfattaren Santosh Pandit, Institutionen för biologi och biologisk teknik, Chalmers tekniska universitet
