De ontdekking van grafeen heeft veel opwinding gebracht in de nanotechnologiegemeenschap. Veel van deze opwinding is te danken aan de mogelijkheid om op grafeen gebaseerde materialen af ​​te leiden met toepassingen in de elektronica, energie opslag, sensoren en biomedische apparaten. Ondanks het potentieel, echter, er is een reële bezorgdheid dat op grafeen gebaseerde materialen schadelijke effecten kunnen hebben op de menselijke gezondheid en het natuurlijke milieu.

Een bijzonder interessant aspect van dit onderwerp zijn de toxische effecten van op grafeen gebaseerde materialen op de microscopische wereld van bacteriën. Juist om deze reden, Jun Wei van het A*STAR Singapore Institute of Manufacturing Technology en zijn collega's hebben nu de antibacteriële activiteit van grafiet vergeleken, grafiet oxide, grafeenoxide en gereduceerd grafeenoxide met behulp van de modelbacterie Escherichia coli. Ze toonden aan dat de twee op grafeen gebaseerde materialen aanzienlijk meer bacteriën doden dan twee op grafiet gebaseerde materialen, waarbij grafeenoxide de beste presteerder is.

interessant, grafeenoxidedeeltjes waren de kleinste van alle vier grafeenmaterialen, gemeten door dynamische lichtverstrooiing. Wei en collega's geloven dat deeltjes van gereduceerd grafeenoxide groter waren omdat ze zowel lateraal als in drie dimensies aggregeerden.

In feite, de grootte van de deeltjes zou wel eens de sleutel kunnen zijn waarom grafeenoxide zo dodelijk is voor bacteriën. Toen de onderzoekers de aangetaste cellen bestudeerden met behulp van scanning-elektronenmicroscopie, ze zagen dat de meeste E.coli-cellen afzonderlijk waren omhuld door lagen grafeenoxide. In tegenstelling tot, E. coli-cellen waren meestal ingebed in de grotere aggregaten van gereduceerd grafeenoxide (zie afbeelding). Een soortgelijk celvangmechanisme was operationeel in de op grafiet gebaseerde materialen.

Dus waarom doodt cell-wrapping meer cellen dan cell-trapping? De onderzoekers denken dat het directe contact van het celoppervlak met grafeen membraanstress en onomkeerbare schade veroorzaakt.

Wei en collega's onderzochten ook chemische mechanismen waarmee de materialen bacteriën konden verstoren en doden. Ze ontdekten dat de oxidatie van glutathion, een belangrijke cellulaire antioxidant, opgetreden bij blootstelling aan grafiet en gereduceerd grafeenoxide. "Het kan zijn dat deze structuren fungeren als geleidende bruggen die elektronen extraheren uit glutathionmoleculen en ze vrijgeven aan de externe omgeving, ' zegt Wei.

Intrigerend, terwijl het effect van de membraanverstorende mechanismen na vier uur incubatie wegsterft, het oxidatiemechanisme vertoont slechts kleine veranderingen.

"Met de kennis die in deze studie is verkregen, we stellen ons voor dat de fysisch-chemische eigenschappen van op grafeen gebaseerde materialen, zoals de dichtheid van functionele groepen, grootte en geleidbaarheid kunnen beter worden aangepast om milieurisico's te verminderen of het toepassingspotentieel te vergroten, ' zegt Wei.