Антибактериальные свойства оксида графена до сих пор остаются предметом дискуссий из-за отсутствия четкого понимания их природы на молекулярном уровне. Но ученые из KAIST под руководством профессоров Сан Ук Кима и Хен Джун Чун смогли доказать, что этот материал обладает уникальной «избирательной агрессией». Работа опубликована в журнале Advanced Functional Materials.
Соединение графена уничтожает бактерии, не повреждая клетки человека
Исследователи из Корейского института передовых технологий (KAIST) установили молекулярный механизм, позволяющий оксиду графена уничтожать бактерии, не повреждая клетки человека. Разработка открывает путь к созданию безопасных антибактериальных тканей и способен заменить традиционные антибиотики.
Введение кислородных групп на краях пор графена превращает материал в «механический» антибиотик. Chiba University, Japan
Почему бактерии не могут адаптироваться к графену. Главная проблема современных антибиотиков — это устойчивость бактерий, которые адаптируются и перестают реагировать на лекарства. Бактерии мутируют, чтобы блокировать химические сигналы препаратов. Графен действует не химически, а механически. Он распознает фосфолипид POPG как «мишень» и физически разрушает архитектуру бактериальной мембраны. Бактериям крайне сложно выработать защиту против такого «скальпеля», не изменив фундаментально состав своей оболочки, что делает графен долговечным решением в борьбе с супербактериями.
Оксид графена, представляющий собой слой углерода толщиной в один атом с прикрепленными к нему группами молекул кислорода, ведет себя подобно магниту, который притягивается только к специфическим веществам. В ходе исследования выяснилось, что кислородные функциональные группы на поверхности графена вступают в химическую связь с фосфолипидом POPG.
Фосфолипид POPG, встроенный в бактериальную клеточную мембрану.
Этот компонент является критически важным строительным элементом именно бактериальных мембран, в то время как в мембранах клеток человека он практически отсутствует. При контакте наноматериал буквально разрывает защитную оболочку микроба, вызывая его гибель, но остается абсолютно инертным и безопасным при соприкосновении с тканями человеческого организма.
Практическое применение
Открытие механизмов селективного воздействия позволило перевести технологию из разряда лабораторных экспериментов в плоскость массового производства. Профессор Сан Ук Ким отмечает: «Это исследование является примером научного раскрытия того, почему графен может избирательно убивать бактерии, оставаясь безопасным для человеческого организма. Используя этот принцип, мы можем не только создать защищающую человека одежду без агрессивных химикатов, но и найти множество применений, включая носимые устройства и медицинский текстиль».
Как действует антибактериальный графен
На практике это уже подтверждено коммерческим успехом: распродано 10 миллионов зубных щеток с графеновым напылением. Более того, инновационный текстиль GrapheneTex успешно прошел испытание на мировом уровне — из него была изготовлена форма для сборной Кореи по тхэквондо на Олимпийских играх 2024 года в Париже. Материал сохраняет свои защитные свойства даже после многократных стирок, что делает его идеальным кандидатом для создания функциональной спортивной одежды и стерильного медицинского текстиля будущего.