石墨烯抗菌？研究發現石墨烯滅菌能力與表麵氧含量有關

星空体育app在线登录入口，石墨烯是人類已知的最薄的化合物，厚度僅(jin) 為(wei) 一個(ge) 原子，為(wei) 許多應用提供了解決(jue) 方案。特別因其薄、輕、可持續的特性以及抗菌潛力而受到醫療用途的追捧。

最近，一個(ge) 國際科學家團隊在開發石墨烯未來在醫療保健應用中的抗菌潛力方麵取得了重大進展。該團隊由來自英國、塞浦路斯、奧地利、芬蘭(lan) 、荷蘭(lan) 和中國的科學家組成，他們(men) 創造了一係列具有不同表麵氧含量 (SOC) 的石墨烯材料，並比較了它們(men) 的抗菌性能。他們(men) 發現石墨烯材料中的表麵氧含量是決(jue) 定其殺滅細菌效果的關(guan) 鍵因素。發表在ACS nano上的研究結果可能有助於(yu) 設計出更安全、更有效的產(chan) 品來對抗抗菌素耐藥性。

由於(yu) 其獨特的物理和化學特性，石墨烯在抗菌應用中顯示出巨大的潛力

由於(yu) 其獨特的物理和化學性質，石墨烯在抗菌應用方麵顯示出巨大的潛力。作為(wei) 抗菌劑，石墨烯材料 (GM) 可能比傳(chuan) 統抗生素更具優(you) 勢，因為(wei) 它們(men) 相互作用的性質是物理的——這意味著石墨烯片包裹細菌或利用其鋒利的邊緣穿透細菌——而不是純粹的分子機製的行動。這種物理相互作用意味著細菌對石墨烯產(chan) 生耐藥性的可能性更小，就像它們(men) 對濫用抗生素產(chan) 生耐藥性一樣。

已有研究表明，石墨烯及其衍生物對各種細菌、病毒和真菌具有廣譜抗菌潛力。石墨烯可在許多應用中用作抗菌劑，包括：

抗菌塗層：石墨烯可用於(yu) 為(wei) 醫療設備、食品包裝和紡織品等表麵製造抗菌塗層。這些塗層可以防止細菌在表麵生長，降低感染風險；

傷(shang) 口愈合：石墨烯已被證明可以通過加速血管和皮膚細胞的形成來促進傷(shang) 口愈合。它還可以防止傷(shang) 口細菌感染，降低並發症的風險；

水淨化：氧化石墨烯可用於(yu) 製造過濾器，去除水中的細菌和其他汙染物。這些過濾器非常有效，有可能為(wei) 偏遠地區提供幹淨的飲用水。

研究團隊最近對石墨烯抗菌潛力的研究結果？

主要發現是石墨烯與(yu) 細菌相互作用的方式（相互作用模式）高度依賴於(yu) 表麵的氧含量——表麵氧含量 (SOC)。

具有高 SOC 的石墨烯材料主要從(cong) 懸浮液中平貼（平行於(yu) ）細菌細胞表麵。當 SOC 達到約 0.3（O 在總原子中的原子百分比）的閾值時，交互模式轉變為(wei) 邊緣（垂直）交互。這種不同的相互作用模式與(yu) 石墨烯材料的剛性高度相關(guan) 。

具有高 SOC 的氧化石墨烯 (GO) 非常靈活，因此可以包裹細菌，而具有較低 SOC 的還原 GO (rGO) 更堅硬，因此往往會(hui) 通過其邊緣與(yu) 細菌接觸。

這兩(liang) 種模式都不一定能殺死細菌，但殺菌活性取決(jue) 於(yu) 石墨烯材料與(yu) 周圍生物分子的相互作用，這也表明了一種化學機製。

這些發現表明，石墨烯材料SOC的變化決(jue) 定了材料的剛性程度，是驅動與(yu) 細菌相互作用模式的關(guan) 鍵因素，從(cong) 而有助於(yu) 理解導致其抗菌作用的不同可能物理機製。SOC 可作為(wei) 設計有效抗菌劑的關(guan) 鍵因素。

研究結果有何意義(yi) ？

關(guan) 於(yu) GM 的抗菌潛力是源於(yu) 平行相互作用還是垂直相互作用，或者它們(men) 的組合的基本問題已經通過這項工作得到澄清；這兩(liang) 種模式都有助於(yu) 石墨烯材料的抗菌活性，這取決(jue) 於(yu) 表麵氧含量，這會(hui) 影響材料的剛性，從(cong) 而影響材料是與(yu) 細菌的邊緣相互作用(低SOC的氧化石墨烯)，還是以側(ce) 麵的方式包裹細菌(高SOC的氧化石墨烯)。這一發現徹底改變了我們(men) 對石墨烯與(yu) 細菌相互作用的理解。

例如，經常有人提出，大的石墨烯片包裹著細菌，而小的石墨烯片傾(qing) 向於(yu) 用側(ce) 邊切割細菌。我們(men) 的研究結果表明，在相互作用模式中，片材尺寸並不是決(jue) 定因素，而是片材的剛度，這是由材料的SOC決(jue) 定的。

這些發現對石墨烯的未來應用意味著什麽(me) ？

這些發現表明，石墨烯材料 SOC 的變化是驅動它們(men) 與(yu) 細菌相互作用模式的關(guan) 鍵因素。SOC 可作為(wei) 設計有效抗菌劑的關(guan) 鍵因素。例如，如果將石墨烯用於(yu) 有機物含量高的廢水處理，則可能會(hui) 優(you) 先使用 SOC 低、剛性高的石墨烯。

選擇低 SOC 石墨烯 (rGO) 用於(yu) 廢水處理的主要原因是我們(men) 的研究結果還表明，培養(yang) 基中存在的蛋白質與(yu) 石墨烯表麵結合，降低或使高有機碳的石墨烯材料的抗菌作用失活，並成為(wei) 細菌生長的平台。

然而，在低 SOC 下，抗菌活性仍然很高，因為(wei) 在低荷電性的石墨烯材料中，蛋白質與(yu) 材料結合的位點較少，隻有邊緣允許結合。SOC 誘導的切換閾值將根據其他固有材料參數（例如橫向尺寸和厚度）而變化——因此，需要針對特定應用中使用的特定石墨烯材料明確確定 SOC 和切換閾值，以優(you) 化特定測試條件下的抗菌活性。

下一步研究是什麽(me) ？

下一步是將這一發現用於(yu) 不同的應用場景。例如，在用於(yu) 廢水處理和低成本水淨化的膜，這是支持聯合國可持續發展目標 “人人享有清潔水”的工作的一部分。

還在探索利用這些材料開發傷(shang) 口敷料的潛力——特別是針對燒傷(shang) ，感染是愈合過程中的主要問題，尤其是大麵積燒傷(shang) 。使用 SOC 定製的石墨烯材料作為(wei) 傷(shang) 口敷料的成分在兩(liang) 個(ge) 方麵提供了希望——在高 SOC 下促進細胞生長和在低 SOC 下抗菌。

同樣，可以開發用於(yu) 糖尿病傷(shang) 口、壓瘡或靜脈潰瘍等非愈合性損傷(shang) 的敷料——這些是一個(ge) 至關(guan) 重要的醫療保健問題，因為(wei) 在大多數臨(lin) 床病例中，它們(men) 會(hui) 由於(yu) 無效的愈合程序而逐漸變成慢性病。