石墨烯尖刺垫利用普通冰箱磁铁技术对抗抗生素耐药性

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石墨烯具有强大的杀菌特性，有望成为对抗抗生素耐药性细菌的革命性力量。到目前为止，还没有有效的方法来控制这些特性，因此无法利用石墨烯在医疗保健领域的潜力。
现在，瑞典查尔姆斯理工大学的研究人员利用与普通冰箱贴相同的技术解决了这个问题。他们开发出一种超薄的针刺状表面，可作为导管和植入物的涂层，杀死表面 99.99% 的细菌。
医疗相关感染是全球普遍存在的问题，造成巨大痛苦、高昂的医疗费用和抗生素耐药性增加的风险。大多数感染与使用各种医疗技术产品有关，例如导管、髋关节假体、膝关节假体和牙科植入物，细菌可以通过异物表面进入人体。
在查尔姆斯理工大学，研究人员一直在探索石墨烯（一种原子级薄的二维石墨材料）如何在医疗保健领域对抗抗生素耐药性和感染。
研究团队之前曾展示过垂直放置的石墨烯薄片如何阻止细菌附着在基底上。相反，细菌会在锋利的石墨烯薄片上被切成碎片并死亡。
“我们正在开发一种基于石墨烯的超薄抗菌材料，可以应用于任何表面，包括生物医学设备、手术表面和植入物，以排除细菌。
查尔姆斯理工大学系统生物学教授、最近发表的研究报告的作者之一 Ivan Mijakovic 表示：“由于石墨烯可以防止细菌物理附着在表面，因此它还有一个额外的优势，那就是不会增加抗生素耐药性，这与抗生素等其他化学替代品不同。”
杀死表面 99.99% 的细菌
然而，研究人员一直面临挑战。尽管其杀菌性能可以在实验室中得到证实，但研究人员尚未成功控制石墨烯薄片的取向，因此无法将该材料应用于医疗保健医疗设备的表面。
到目前为止，石墨烯的杀菌特性只能在一个特定方向上进行控制：制造过程的流动方向。但现在查尔姆斯大学的研究人员已经取得了一项有希望的突破，可以在医疗保健及其他领域实现实际应用。
“我们设法找到了一种在多个不同方向上实际控制石墨烯效应的方法，并且取向均匀度非常高。这种新的取向方法可以将石墨烯纳米板集成到医用塑料表面，并获得可杀死 99.99% 试图附着的细菌的抗菌表面。
查尔姆斯理工大学流变学教授罗兰·卡达尔 (Roland Kádár) 表示：“当你想使用石墨烯制造杀菌医疗设备时，这为更大的灵活性铺平了道路。”
通过控制磁场实现前所未有的效率
通过将地磁体排列成圆形，使阵列内的磁场排列成直线方向，研究人员能够诱导石墨烯的均匀取向，并在任何形状的表面上达到非常高的杀菌效果。
这项发表在《先进功能材料》杂志上的方法被称为“哈尔贝克阵列”，这意味着磁铁阵列内部的磁场得到加强和均匀，而另一侧的磁场则减弱，从而实现石墨烯的强单向取向。该技术类似于冰箱磁铁中的技术。
“这是首次使用 Halbach 阵列法在聚合物纳米复合材料中定向石墨烯。既然我们已经看到了结果，我们当然希望将这些石墨烯板引入医疗保健领域，以便我们能够减少与医疗保健相关的感染数量，减轻患者的痛苦并抵消抗生素耐药性，”查尔姆斯理工大学软物质流变学和加工研究员 Viney Ghai 说道。
新的取向技术在其他领域显示出巨大的潜力，例如在电池、超级电容器、传感器和耐用防水包装材料中。
卡达尔说：“鉴于其在这些领域的广泛影响，这种方法真正开辟了材料排列的新视野，为成功设计和定制模仿自然系统中复杂结构的纳米结构提供了强有力的工具。”