Wetenschappers van Rice University en Ben-Gurion University of the Negev (BGU) hebben ontdekt dat lasergeïnduceerd grafeen (LIG) een zeer effectief aangroeiwerend materiaal is en, wanneer geëlektrificeerd, bacteriën zapper.

LIG is een sponsachtige versie van grafeen, de enkel-atoomlaag van koolstofatomen. Het Rice-lab van scheikundige James Tour ontwikkelde het drie jaar geleden door met een laser gedeeltelijk door een goedkope polyimideplaat te branden, die het oppervlak veranderde in een rooster van onderling verbonden grafeenplaten. De onderzoekers hebben sindsdien gebruik voorgesteld voor het materiaal in draagbare elektronica en brandstofcellen en voor superhydrofobe of superhydrofiele oppervlakken.

Volgens hun rapport in de American Chemical Society's ACS toegepaste materialen en interfaces , LIG beschermt ook oppervlakken tegen biofouling, de opbouw van micro-organismen, planten of ander biologisch materiaal op natte oppervlakken.

"Deze vorm van grafeen is extreem resistent tegen biofilmvorming, die veelbelovend is voor plaatsen zoals waterzuiveringsinstallaties, olieboringen, ziekenhuizen en oceaantoepassingen zoals onderwaterleidingen die gevoelig zijn voor vervuiling, Tour zei. "De antibacteriële eigenschappen wanneer elektriciteit wordt toegepast is een groot bijkomend voordeel."

Bij gebruik als elektroden met een kleine aangelegde spanning, LIG wordt het bacteriële equivalent van een insectenverdelger in de achtertuin. Tests zonder de lading bevestigden wat al lang bekend was:dat op grafeen gebaseerde nanodeeltjes antibacteriële eigenschappen hebben. Wanneer 1,1 tot 2,5 volt werd toegepast, de sterk geleidende LIG-elektroden "verbeterden" die eigenschappen.

Onder de microscoop, de onderzoekers keken toe hoe fluorescerend getagde Pseudomonas aeruginosa-bacteriën in een oplossing met LIG-elektroden boven 1,1 volt naar de anode werden getrokken. Boven 1,5 volt, de cellen begonnen te verdwijnen en verdwenen volledig binnen 30 seconden. Bij 2,5 volt, bacteriën verdwenen na een seconde bijna volledig van het oppervlak.

Het Rice-lab werkt samen met professor Christopher Arnusch, een docent aan het BGU Zuckerberg Institute for Water Research die gespecialiseerd is in waterzuivering. Het laboratorium van Arnusch testte LIG-elektroden in een met bacteriën beladen oplossing met 10 procent secundair behandeld afvalwater en ontdekte dat na negen uur bij 2,5 volt, 99,9 procent van de bacteriën werd gedood en de elektroden waren sterk bestand tegen biofilmvorming.

De onderzoekers vermoeden dat bacteriën hun dood tegemoet gaan door een combinatie van contact met het ruwe oppervlak van LIG, de elektrische lading en toxiciteit van de plaatselijke productie van waterstofperoxide. Het contact kan zoiets zijn als een knie die de stoep raakt, maar in dit geval de bacteriën zijn allemaal knie en de scherpe randen van grafeen vernietigen snel hun membranen.

Gelukkig, De aangroeiwerende eigenschappen van LIG zorgen ervoor dat dode bacteriën zich niet ophopen op het oppervlak, zei toer.

"De combinatie van passieve remming van biofouling en actieve, door spanning geïnduceerde microbiële verwijdering zal dit waarschijnlijk een zeer gewild materiaal maken voor het remmen van de groei van lastige natuurlijke vervuiling die veel industrieën teistert, ' zei Tour.