Графеновый пластырь всем микробам склеит ласты

Любая рана лучше всего заживает в условиях чистоты и стерильности. Если эти условия нарушены, то в поврежденный участок человеческого организма могут проникнуть бактерии и начать там размножаться. А это в свою очередь приведет к воспалению раны или чему-нибудь похуже (например, к гангрене).

Фото: Фото: AP

Именно поэтому люди с древних времен заняты разработкой различных антисептических материалов, используемых в качестве бинтов и пластырей. Однако у этих средств имеется много недостатков. Например, доказано, что все широко используемые антибактериальные пластыри на основе антибиотиков, соединений аммония, ионов серебра и оксида титана пока не соответствуют желаемым нормам безопасности. Они подавляют рост и патогенной, и родственной микрофлоры человека. Более того, многие из них убивают не только бактерии, но и клетки человека.

Но, похоже, людям удалось одержать небольшую победу на антимикробном фронте. Не так давно китайские ученые Фан Чунь Хай и Хуан Цин разработали принципиально новый вариант антибактериального пластыря, рядом с которым микроорганизмы вообще не могут существовать. При этом на человеческий организм материал, из которого изготовлен чудо-антисептик вообще никак не воздействует.

Этот пластырь состоит из бумаги, основой для которой служит оксид графена. Напомним, что графен — это уникальное вещество, полученное британскими учеными в 2004 году. Он представляет собой тонкую пленку, состоящую из одного слоя атомов углерода. При этом все они собраны в правильные шестиугольники, которые крепко сцеплены между собой.

Вещество обладает поистине уникальными физическими свойствами. Из-за того что оно представляет собой двумерную структуру, электроны атомов углерода движутся со скоростью 10 ⁶ м/с. Несмотря на то, что это значение в 300 раз меньше скорости света в вакууме, оно значительно превышает скорость электронов в обычном проводнике.

Кроме того, графен еще является и суперпрочным материалом. Подсчитано: чтобы продавить слой графена толщиной с обычную пищевую пленку (около 100 нанометров), то для ее разрыва потребовалось бы приложить силу около 20 тысяч ньютонов (подобное давление может произвести тело, которое весит не менее 2 тонн!).

Этот уникальный материал является непроницаемым для всех известных газов, даже для всепроникающего гелия. Также графеновый лист может растягиваться аж на 20% от своей начальной длины — больше, чем какой-либо иной кристалл. При этом он легко сжимается при нагревании. Ученые до сих пор не могут понять, как ему удается совмещать в себе высокую прочность и способность изгибаться в любом направлении.

Фото: AP

Читайте также: В нанотрубках обитают "чёрные дыры"

Физики и кибернетики считают, что графен можно применять для изготовления транзисторов и компьютерных чипов нового поколения (то есть потихоньку заменить им кристаллы кремния). Однако не так давно этим веществом заинтересовались и химики. Им удалось получить две модификации графена: графан (при соединении графена с водородом) и оксид графена.

Последний является продуктом реакции взаимодействия графена и кислорода. Он, кстати, обладает свойствами катализатора, то есть может ускорять протекание различных химических реакций. Особенно хорошо у него получается способствовать процессу окисления спиртов. Поэтому некоторые исследователи предполагают, что новое вещество само по себе должно являться сильным окислителем. Можетбыть,именно поэтому он так не нравится бактериям?

Чтобы проверить антибактериальные свойства оксида графена, ученые проследили за поведением колонии кишечной палочки (E.coli) в присутствии графеновой бумаги. После часовой инкубации в среде, содержащей оксид графена (20 мкг/л), при температуре 37°С, жизненная активность микроорганизмов снизилась до 70% (такой эффект дает далеко не всякий антибиотик)!

Далее исследователи увеличили концентрацию оксида графена до 85 мкг/л, после чего физиологическая активность кишечной палочки упала до 13%. При этом погибло больше половины членов колонии. А более продолжительная инкубация (около двух часов) привела к гибели 98,5% бактерий. Анализируя эти данные, ученые пришли к выводу, что оксид графена обладает ярко выраженными антисептическими свойствами.

По словам исследователей, описанные свойства могут быть следствием окислительного клеточного стресса или нарушения метаболизма. Ученые предполагают, что это происходит потому, что кислород, сидящий в тонком графеновом слое, оказывается очень близко к бактериальным клеткам. А эти обитатели кишечника, в отличие от нас, его не очень-то и любят.

Сам же графен оказался куда менее эффективным антисептиком. Но зато ученые увидели в микроскоп, как именно поверхность этого материала убивает кишечных палочек. По всей видимости, именно поток блуждающих по веществу электронов разрывал тонкую мембрану бактериальных клеток. А вот с клетками более высокоорганизованных существ подобный номер не прошел.

Исследователи проверили и способность клеток млекопитающих поглощать графен. С помощью электронного микроскопа ученые разглядели, что клетки, участвовавшие в эксперименте, спокойно скушали частички графена и заключили их в эндосомы (внутриклеточные органеллы, похожие на мешочки, используются для хранения и транспорта различных веществ). Проанализировав работоспособность энергетического центра клетки (митохондрий), экспериментаторы пришли к выводу, что никаких отклонений в их работе не наблюдается. Это значит, что оксид графена не оказывает никакого вредного воздействия на клетки.

Фото: AP

Правда, после истечения двух часов с момента графенового "обеда" активность клеток млекопитающих несколько снизилась. Но это вовсе не является противопоказанием к использованию данного материала в качестве антисептика — за те же два часа от самих бактерий остались только воспоминания, поэтому графеновый пластырь вполне можно отлепить.

Читайте также: Прививку сделает… пластырь

В результате китайские исследователи пришли к выводу, что на основе графена можно разработать достаточно эффективные антисептические материалы, такие как бинты и пластыри. Они будут эффективно убивать микроорганизмы, не вредя здоровью человека. Кроме того, по мнению Фан Чунь Хая и Хуан Цина, из графеновой бумаги можно делать упаковки для хранения продуктов питания и стельки для обуви, поглощающие неприятный запах.

Правда, пока массовому производству графеновых суперпластырей мешает то, что производство самого графена — весьма дорогое удовольствие. Но если технология в ближайшее время удешевится, то ничто не будет мешать изготовлению этих антисептических материалов, и тогда они быстро вытеснят из аптек обычные бинты и пластыри.

Читайте также в рубрике "Наука и техника"