Кислородные группы — ключ к антимикробному потенциалу графена

Количество поверхностного кислорода в материалах на основе графена является ключевым фактором их эффективности против бактерий. Это открытие может помочь в разработке более безопасных и действенных средств для борьбы с антимикробной резистентностью.

• Высокое содержание поверхностного кислорода (СПК) делает оксид графена гибким, и он оборачивается вокруг бактерий (параллельный режим контакта).
• Низкое содержание СПК увеличивает жёсткость материала, и он контактирует с бактериями ребром (перпендикулярный режим).

Сам по себе режим контакта не убивает бактерии. Бактерицидная активность зависит от того, как материал взаимодействует с окружающими биомолекулами. Открытие поможет учёным понять различные физические механизмы, лежащие в основе этой активности.

Исследование, опубликованное в ACS Nano, показывает, что разные режимы взаимодействия оксида графена приводят к различной антибактериальной активности. «Переключение» между режимами происходит, когда уровень поверхностного кислорода достигает определённого порога.

«Влияние СПК на режим взаимодействия долгое время недооценивалось», — отметил доктор Чжилин Го из Бирмингемского университета.

«Наше исследование подчёркивает, что уровни поверхностного кислорода могут помочь оценить антибактериальные эффекты графеновых материалов, что поможет разрабатывать более безопасные материалы», — добавил доктор Пэн Чжан.

Как антимикробные агенты, графеновые материалы могут иметь преимущества перед традиционными антибиотиками из-за физических механизмов действия, которые снижают вероятность развития устойчивости у микробов.

До сих пор фундаментальный вопрос о том, обусловлен ли антибактериальный механизм параллельным, перпендикулярным взаимодействием или их комбинацией, оставался малоизученным, что мешало прогрессу.

«Это открытие — потенциальная "игра по новым правилам". Мы должны использовать этот "переключатель" поверхностного кислорода как определяющее свойство для классификации графеновых материалов в контексте безопасности для здоровья человека и окружающей среды», — заявила профессор Исоулт Линч.

Международная группа учёных создала серию графеновых материалов с разным СПК и сравнила их антибактериальную эффективность, оценивая:

• Общий рост клеток
• Формирование биоплёнки
• Окислительный стресс
• Физическое взаимодействие с бактериями (включая молекулярное моделирование)

Разные режимы взаимодействия приводят к разной антибактериальной активности, а режим напрямую связан с жёсткостью материала, которая зависит от количества поверхностного кислорода.

Антибактериальная активность графеновых материалов была впервые описана в 2010 году. С тех пор материал используется, например, в антибактериальных тканях для одежды, масках с графеновым покрытием и мембранах для очистки воды.