Onderzoekers van de Nanyang Technological University, Singapore (NTU Singapore) hebben een nieuwe manier ontwikkeld om bacteriën te doden en te voorkomen dat biomedische implantaten met behulp van lasers worden bedekt met schadelijke biofilm.

In hun onderzoek, gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift ACS Nano, toonde het team aan dat door een laser te gebruiken om een ​​dunne laag koolstofatomen – grafeen genaamd – op het oppervlak van een implantaat te verwarmen, ze meer dan 98 procent van de meticilline-atomen konden doden. resistente Staphylococcus aureus (MRSA)-bacteriën, die een belangrijke oorzaak zijn van ziekenhuisinfecties.

Bovendien konden ze, door de intensiteit van de laser nauwkeurig te regelen, de bacteriën doden zonder het onderliggende weefsel te beschadigen, waardoor het een veelbelovende aanpak werd voor het voorkomen van infecties in implantaten zoals kunstmatige gewrichten, hartkleppen, stents en katheters.

Grafeen is een materiaal dat bestaat uit een enkele laag koolstofatomen gerangschikt in een hexagonaal rooster en heeft uitzonderlijke eigenschappen, zoals extreem sterk, flexibel, lichtgewicht en geleidend voor warmte en elektriciteit. Om deze redenen is grafeen uitgebreid bestudeerd voor een breed scala aan toepassingen, waaronder elektronica, energieopslag en biomedische apparaten.

Het team van NTU Singapore, onder leiding van universitair hoofddocent Javier García de Abajo, gebruikte grafeen vanwege de uitstekende thermische eigenschappen en het vermogen om lichtenergie om te zetten in warmte, waardoor het snel bacteriën kan doden.

Wanneer een laser op grafeen schijnt, warmt het materiaal snel op, waardoor een plaatselijke zone met hoge temperatuur ontstaat die dodelijk is voor bacteriën. In hun experimenten ontdekten de onderzoekers dat het door laser geïnduceerde grafeen de MRSA-bacteriën in slechts enkele seconden kon doden.

Naast het doden van bacteriën, voorkwam het lasergeïnduceerde grafeen ook dat de bacteriën een biofilm vormden, een dunne, slijmerige laag van bacteriën, gisten en andere micro-organismen die kunnen groeien op oppervlakken die in contact komen met water.

Lasergeïnduceerd grafeen is een veelbelovende aanpak voor het voorkomen van infecties in implantaten. Het is effectief in het doden van bacteriën en het voorkomen van de vorming van biofilm zonder het onderliggende weefsel te beschadigen.

Biofilms vormen een groot probleem in de gezondheidszorg, omdat ze de behandeling van infecties veel moeilijker kunnen maken en tot chronische aandoeningen kunnen leiden. Ze zijn ook een belangrijke oorzaak van apparaatgerelateerde infecties, dit zijn infecties die voorkomen bij patiënten bij wie medische apparaten in hun lichaam zijn geïmplanteerd.

"Apparaatgerelateerde infecties vormen een ernstig probleem, omdat ze kunnen leiden tot sepsis en andere levensbedreigende aandoeningen", legt García de Abajo uit. "Het is essentieel om nieuwe strategieën te ontwikkelen om deze infecties te voorkomen, en wij geloven dat lasergeïnduceerd grafeen een veelbelovende oplossing zou kunnen zijn."

De onderzoekers zijn van plan hun technologie verder te ontwikkelen en eraan te werken deze op de markt te brengen. Ze geloven ook dat lasergeïnduceerd grafeen toepassingen zou kunnen hebben buiten de gezondheidszorg, zoals in de voedingsindustrie of in waterzuiveringssystemen.