Grafen är lovande material i kampen mot bakterier och antibiotikaresistens, men en utmaning har varit att kunna styra effekten. Nu har forskare vid Chalmers löst problemet genom att använda samma teknik som finns i kylskåpsmagneter. Resultatet är en ultratunn spikmattelik yta som kan fungera som beläggning på vårdutrustning – och förhindra att bakterier får fäste.
Infektioner som uppstår i samband med sjukvård är ett stort problem. Förutom att infektionerna orsakar lidande och höga vårdkostnader kan de leda till utveckling av antibiotikaresistens.
De flesta infektioner uppstår när medicintekniska produkter används, till exempel katetrar, höftproteser, knäproteser och tandimplantat.
Vassa piggar tar kål på bakterier
Vid Chalmers pågår forskning om hur grafen, som är ett supertunt tvådimensionellt grafitmaterial, kan bidra i kampen mot antibiotikaresistens och infektioner inom vården.
Ett forskarlag har tidigare kunnat visa hur stående grafenflagor bildar en slags spikmatta som gör att bakterier inte kan fästa på underlaget. De skärs i stället sönder på de vassa flagorna och dör.
– Vi utvecklar tunna ytor som görs antibakteriella med hjälp av grafen och som kan appliceras på biomedicinsk utrustning, kirurgiska ytor och implantat för att stänga ute bakterier. Eftersom grafen stör bakterier från att fästa rent fysiskt så har det fördelen att man inte riskerar att öka antibiotikaresistensen, till skillnad från med kemiska alternativ, säger Ivan Mijakovic, professor i systembiologi på Chalmers.
Problemet är löst
De bakteriedödande egenskaperna har kunnat visas i laboratoriemiljö, men forskarna har tidigare inte lyckats kontrollera grafenflagornas effekt. Grafenets bakteriedödande egenskaper har nämligen bara kunnat styras i en specifik riktning. Därför har materialet inte kunnat användas på ytan av medicinsk utrustning inom vården.
Nu har dock ett genombrott skett.
– Vi har lyckats hitta ett sätt att styra grafenets effekter i flera olika riktningar, oberoende av flödet i tillverkningsprocessen, och med en mycket hög enhetlighet i orienteringen, säger Roland Kádár, biträdande professor i reologi på Chalmers.
Dödar nästan alla bakterier
Den nya metoden gör att forskarna kan infoga grafenets nanoplattor i medicinsk utrustning och få en antibakteriell yta. Då dör 99,99 procent av bakterierna som försöker få fäste, visar experiment.
– Det här banar väg för en betydligt större flexibilitet när man vill tillverka medicinsk utrustning som innehåller grafen för att döda bakterier, fortsätter Roland Kádár.
Metoden kallas ”Halbach-array” och bygger på kontroll av magnetiska fält. Tekniken kan liknas vid en vanlig kylskåpsmagnet, se faktaruta.
– Nu när vi har sett resultaten vill vi förstås att de här grafenplattorna ska komma ut på marknaden så att vi kan få ner antalet vårdrelaterade infektioner, minska lidandet för patienter och motverka antibiotikaresistensen, säger Viney Ghai, forskare vid Chalmers.
Mer om metoden
Forskarna kan nu rikta grafenets effekter i önskad riktning– och därmed få en hög bakteriedödande effekt oavsett ytans form. Det görs genom att arrangera magneter i ett cirkelmönster och få magnetfältet inuti magneterna att verka i en enhetlig riktning.
Metoden kallas ”Halbach-array”. Den innebär att magnetfältet förstärks och blir likformigt inuti magneten, samtidigt som det försvagas på andra sidan. Tekniken kan liknas vid den som används i en vanlig kylskåpsmagnet.
Så testades materialet på bakterier
I laboratorieexperiment utsatte forskarna olika bakteriekulturer för grafenytor vars magnetfält hade manipulerats.
För att kunna beräkna hur effektiv metoden var mättes den bakteriella överlevnaden med hjälp av verktyget CFU, coloni-forming unit, som kan mäta antalet mikroorganismer i en bakteriekoloni.
Med hjälp av så kallad svepelektronmikroskopi kunde forskarna skanna bakteriekolonier för att visualisera och bekräfta grafenets störning på bakteriecellerna.
Enligt forskarna skulle den nya tekniken med grafen även kunna användas inom andra områden, till exempel i batterier, superkondensatorer, sensorer och hållbara förpackningsmaterial som står emot vatten.
Vetenskaplig studie:
Achieving Long-Range Arbitrary Uniform Alignment of Nanostructures in Magnetic Fields, Advanced Functional Materials.
