De uiterst kleine laag graphenevlokken wordt dodelijk wapen tegen bacteriën op implants

Een uiterst kleine laag graphenevlokken wordt een dodelijk wapen en doodt bacteriën, die besmettingen tegenhouden tijdens procedures zoals implant chirurgie. Dit is de bevindingen van nieuw onderzoek van Chalmers Universiteit van Technologie, Zweden, dat onlangs in de wetenschappelijke Interfaces van dagboek Geavanceerde Materialen wordt gepubliceerd.

De verrichtingen voor chirurgische implants, zoals heup en knievervangingen of tandimplants, zijn de laatste jaren gestegen. Nochtans, in dergelijke procedures, is er altijd een risico van bacteriële besmetting. In het slechtste geval kan het scenario, dit implant veroorzaken om niet aan het skelet vast te maken, betekenend moet het worden verwijderd.

De bacteriën reizen rond in vloeistoffen, zoals bloed, zoekend een oppervlakte om zich vast te klampen op. Zodra op zijn plaats, zij zich beginnen te groeien en te verspreiden, vormt een beschermende laag, die als een biofilm wordt bekend.

Een onderzoeksteam in Chalmers heeft nu aangetoond dat een laag verticale graphenevlokken een beschermende oppervlakte vormt die het voor bacteriën onmogelijk maakt vast te maken. In plaats daarvan, worden de bacteriën gesneden apart door de scherpe graphenevlokken en gesneden. Het met een laag bedekken van implants met een laag graphenevlokken kan daarom helpen de patiënt beschermen tegen besmetting, de behoefte aan antibiotische behandeling elimineren, en het risico van implant verwerping verminderen. Osseointegration - het proces waardoor de beenstructuur groeit om implant vast te maken - is niet gestoord. In feite, is graphene getoond om aan de beencellen ten goede te komen.

Universiteit van Chalmers is een leider op het gebied van grapheneonderzoek, maar de biologische toepassingen begonnen niet tot een paar jaar te materialiseren geleden. De onderzoekers zagen strijdige resultaten in vroegere studies. Sommigen toonden aan dat graphene beschadigd de bacteriën, anderen dat zij niet werden beïnvloed.

„Wij ontdekten dat de belangrijkste parameter graphene moet verticaal oriënteren. Als het horizontaal is, worden de bacteriën niet berokkend“ zegt Ivan Mijakovic, Professor bij het Ministerie van Biologie en Biologische Techniek.

De scherpe vlokken beschadigen geen menselijke cellen. De reden is eenvoudig: één bacterie is één micrometer - één duizendste van een millimeter - in diameter, terwijl een menselijke cel 25 micrometers is. Zo is, wat een dodelijke messenaanval voor een bacterie vormt, daarom slechts een uiterst kleine kras voor een menselijke cel.

„Graphene heeft hoog potentieel voor gezondheidstoepassingen. Maar meer onderzoek is nodig alvorens wij kunnen eisen het volledig veilig is. Onder andere, weten wij dat graphene niet gemakkelijk“ zegt Zon Jie, Verwante Professor bij het Ministerie van Micro- Technologie en Nanoscience degradeert.

De goede bacteriën worden ook gedood door graphene. Maar dat is geen probleem, aangezien het effect gelokaliseerd is en het saldo van micro-flora in het lichaam ongestoord blijft.

„Wij willen bacteriën verhinderen een besmetting te creëren. Anders, kunt u antibiotica nodig hebben, die het saldo van normale bacteriën konden onderbreken en ook het risico van antimicrobial weerstand verbeteren door ziekteverwekkers“ zeggen Santosh Pandit, postdoc bij Biologie en Biologische Techniek.

De verticale vlokken van graphene zijn geen nieuwe uitvinding, hebben bestaand een paar jaar. Maar de Chalmers onderzoeksteams zijn de eerste om verticale graphene op deze wijze te gebruiken. De volgende stap voor het onderzoeksteam zal zijn de graphenevlokken te testen verder, door implant oppervlakten met een laag te bedekken en het effect op dierlijke cellen te bestuderen.

Chalmers werkte met Wellspect Gezondheidszorg, een bedrijf samen dat catheters en andere medische instrumenten, in dit onderzoek maakt. Zij zullen nu met een tweede studie verdergaan. De projecten worden gefinancierd door Vinnova (een Zweeds overheidsagentschap).

Het maken van verticale graphene

Graphene wordt gemaakt van koolstofatomen. Het is slechts één enkele atoom dikke laag, en daarom het dunste materiaal van de wereld. Graphene wordt gemaakt in vlokken of films. Het is 200 keer sterker dan staal en heeft dankzij zeer goed geleidingsvermogen zijn snelle elektronenmobiliteit. Graphene is ook uiterst gevoelig voor molecules, wat het om in sensoren toelaat worden gebruikt.

Graphene kan door CVD, of het Deposito van de Chemische Damp worden gemaakt. De methode wordt gebruikt om tot een dunne oppervlaktedeklaag op een steekproef te leiden. De steekproef wordt geplaatst in een luchtledige kamer en aan op hoge temperatuur verwarmd terzelfdertijd als drie gassen - gewoonlijk waterstof, methaan en argon - worden vrijgegeven van de kamer. De hoge hitte veroorzaakt gasmolecules om met elkaar te reageren, en een dunne laag koolstofatomen wordt gecreeerd.

Om verticale graphenevormen te veroorzaken, worden een proces die als het plasma-Verbeterde Deposito van de Chemische Damp wordt bekend, of PECVD, gebruikt. Dan, wordt een elektrisch veld - een plasma - toegepast over de steekproef, die veroorzaakt dat het gas worden geïoniseerd dichtbij de oppervlakte. Met het plasma, groeit de laag van koolstof verticaal van de oppervlakte, in plaats van horizontaal zoals met CVD.

Bron: https://www.chalmers.se/en/departments/bio/news/Pages/Spikes-of-graphene-can-kill-bacteria-on-implants.aspx

Advertisement