石墨烯的突破为对抗抗生素耐药性感染带来了希望

　　

石墨烯具有很强的杀菌性能，有可能成为对抗耐抗生素细菌的游戏规则改变者。到目前为止，还没有有效的方法来控制这些特性，因此没有办法利用石墨烯在医疗保健方面的潜力。现在，瑞典查尔姆斯理工大学的研究人员已经解决了这个问题，他们使用了与普通冰箱磁铁相同的技术。其结果是一种超薄的针状表面，可以作为导管和植入物的涂层，杀死表面99.99%的细菌。

与医疗保健相关的感染是世界各地普遍存在的问题，造成巨大痛苦、高昂的医疗保健成本和抗生素耐药性增加的风险。大多数感染与使用各种医疗技术产品有关，如导尿管、髋关节假体、膝关节假体和牙科植入物，细菌可以通过异物表面进入人体。查尔姆斯理工大学(Chalmers University of Technology)的研究人员一直在探索石墨烯(一种原子级薄的二维石墨材料)如何在医疗保健领域对抗抗生素耐药性和感染。该研究小组之前已经能够展示垂直放置的石墨烯薄片如何防止细菌附着在衬底上。相反，细菌在锋利的薄片上被切成碎片并死亡。这项研究的作者之一、查尔姆斯理工大学系统生物学教授Ivan Mijakovic说:“我们正在开发一种基于石墨烯的超薄抗菌材料，它可以应用于任何表面，包括生物医学设备、手术表面和植入物，以排除细菌。由于石墨烯可以防止细菌物理附着在表面上，因此它还有一个额外的优势，即与抗生素等其他化学替代品不同，它不会增加抗生素耐药性的风险。”

能杀死表面99.99%的细菌

然而，研究人员一直面临着一个挑战。虽然它的杀菌性能可以在实验室中得到证明，但研究人员还没有设法控制石墨烯薄片的方向，因此无法将这种材料应用于医疗保健中使用的医疗设备的表面。到目前为止，石墨烯的杀菌性能只能在一个特定的方向上控制:制造过程的流动方向。但现在，查尔默斯大学的研究人员在医疗保健及其他领域的实际应用方面取得了有希望的突破。

“我们已经设法找到了一种方法，可以在几个不同的方向上控制石墨烯的效果，并且具有非常高的方向均匀性。这种新的定向方法使得将石墨烯纳米板集成到医用塑料表面成为可能，并获得一种抗菌表面，可以杀死99.99%试图附着的细菌。当你想用石墨烯制造杀菌医疗设备时，这为更大的灵活性铺平了道路，”查尔姆斯理工大学流变学教授Roland Kádár说。

通过控制磁场实现前所未有的效率

通过将地磁排列成圆形图案，使阵列内的磁场沿直线方向排列，研究人员能够诱导石墨烯的均匀方向，并在任何形状的表面上达到非常高的杀菌效果。

发表在《Advanced Functional Materials》杂志上的这种方法被称为“哈尔巴赫阵列”，意思是磁体阵列内部的磁场被加强和均匀，而另一边的磁场被削弱，从而使石墨烯具有很强的单向取向。这种技术类似于你在冰箱磁铁上发现的东西。“这是Halbach阵列方法首次被用于聚合物纳米复合材料中的石墨烯定向。“现在我们已经看到了结果，当然我们希望这些石墨烯板被引入医疗保健领域，这样我们就可以减少医疗保健相关感染的数量，减少患者的痛苦，并抵消抗生素耐药性，”查尔姆斯理工大学软物质流变学和加工研究人员Viney Ghai说。新的定向技术在其他领域显示出巨大的潜力，例如电池、超级电容器、传感器和耐用防水包装材料。Roland Kádár说:“鉴于其在这些领域的广泛影响，这种方法真正开辟了材料排列的新视野，为成功设计和定制纳米结构提供了强大的工具，这些纳米结构可以模仿自然系统中发现的复杂结构。”