Ученые из Университета Райса и Университета Бен-Гуриона в Негеве (BGU) обнаружили, что лазерно-индуцированный графен (LIG) является высокоэффективным материалом, препятствующим обрастанию, а при электризации уничтожает бактерии.
LIG - это губчатая версия графена, одноатомный слой атомов углерода. Лаборатория Райса химика Джеймса Тура разработала его три года назад, частично прожигая недорогой лист полиимида лазером, который превращал поверхность в решетку из взаимосвязанных листов графена. С тех пор исследователи предложили использовать этот материал в носимой электронике и топливных элементах, а также для супергидрофобных или супергидрофильных поверхностей.
Согласно их отчету в ACS Applied Materials and Interfaces Американского химического общества, LIG также защищает поверхности от биологического обрастания, накопления микроорганизмов, растений или другого биологического материала на влажных поверхностях.
«Эта форма графена чрезвычайно устойчива к образованию биопленки, что перспективно для таких мест, как водоочистные сооружения, операции по бурению нефтяных скважин, больницы и океанские приложения, такие как подводные трубы, которые чувствительны к загрязнению», - сказал Тур. «Антибактериальные свойства при применении электричества являются большим дополнительным преимуществом».
При использовании в качестве электродов с небольшим приложенным напряжением LIG становится бактериальным эквивалентом устройства для уничтожения насекомых на заднем дворе. Испытания без заряда подтвердили давно известное - наночастицы на основе графена обладают антибактериальными свойствами. При подаче напряжения от 1,1 до 2,5 вольт высокопроводящие электроды LIG «значительно улучшали» эти свойства.
Под микроскопом исследователи наблюдали, как флуоресцентно помеченные бактерии Pseudomonas aeruginosa в растворе с электродами LIG выше 1,1 вольта притягивались к аноду. При напряжении выше 1,5 вольт клетки начали исчезать и полностью исчезли в течение 30 секунд. При напряжении 2,5 вольта бактерии почти полностью исчезли с поверхности через одну секунду.
Лаборатория риса сотрудничает с профессором Кристофером Арнушем, преподавателем Института водных исследований имени Цукерберга BGU, который специализируется на очистке воды. Лаборатория Арнуша протестировала электроды LIG в насыщенном бактериями растворе с 10-процентным содержанием вторично очищенных сточных вод и обнаружила, что после девяти часов работы при напряжении 2,5 В 99,9 % бактерий были уничтожены, а электроды сильно сопротивлялись образованию биопленки.
Исследователи подозревают, что бактерии могут встретить свою гибель из-за сочетания контакта с шероховатой поверхностью LIG, электрического заряда и токсичности от локализованного производства перекиси водорода. Контакт может быть чем-то вроде удара коленом о тротуар, но в этом случае все бактерии колено и острые края графена быстро разрушают их мембраны.
К счастью, противообрастающие свойства LIG препятствуют накоплению мертвых бактерий на поверхности, сказал Тур.
«Сочетание пассивного ингибирования биологического обрастания и активного удаления микробов, вызванного напряжением, вероятно, сделает этот материал очень востребованным для подавления роста неприятного естественного обрастания, от которого страдают многие отрасли», - сказал Тур..