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石墨烯尖峰杀死种植体上的细菌并停止感染

发布时间:2018-05-14    点击量:2

垂直石墨烯薄片形成保护表面,使细菌不可能附着。相反,细菌被锋利的石墨烯片分开并被杀死。人类细胞的体积通常是15,000倍。所以,对细菌来说,致命的刀攻击是什么,因此对人体细胞来说只是一个很小的划痕。具有石墨烯薄片层的涂层植入物因此可以帮助保护患者免受感染,消除对抗生素治疗的需要并且降低植入物排斥的风险。骨结合 - 骨结构生长以附着植入物的过程 - 不受干扰。事实上,石墨烯已被证明有益于骨细胞。插图:Yen Strandqvist / Chalmers技术大学

石墨烯片的一小层变成致命武器并杀死细菌,在种植手术等程序期间阻止感染。这是瑞典查尔姆斯理工大学最近发表在科学期刊Advanced Materials Interfaces上的新研究成果。

手术植入物(如髋关节和膝关节置换物或牙种植体)的手术近年来有所增加。但是,在这样的程序中,总是存在细菌感染的风险。在最坏的情况下,这会导致植入物不附着在骨骼上,这意味着它必须被移除。

细菌在流体中流动,如血液,寻找一个表面来抓住。一旦到位,它们开始生长并繁殖,形成保护层,称为生物膜。

Chalmers的一个研究小组现在已经表明,一层垂直的石墨烯薄片形成一个保护表面,使细菌不可能附着。相反,细菌被锋利的石墨烯片分开并被杀死。具有石墨烯薄片层的涂层植入物因此可以帮助保护患者免受感染,消除对抗生素治疗的需要并且降低植入物排斥的风险。骨结合 - 骨结构长出来附着植入物的过程 - 不受干扰。事实上,石墨烯已被证明有益于骨细胞。

石墨烯的垂直薄片不是一项新发明。但查默斯研究团队是第一个使用垂直石墨烯来杀死细菌的。下一步将是进一步测试石墨烯薄片,通过涂覆植入物表面并研究对动物细胞的影响。约翰博德尔/查尔姆斯理工大学

查尔姆斯大学是石墨烯研究领域的领导者,但生物学应用直到几年前才开始实现。研究人员在早先的研究中看到了矛盾的结果。有些人表示石墨烯会破坏细菌,其他人则不会受到影响。

“我们发现,关键参数是垂直定向石墨烯。如果它是水平的,细菌就不会受到伤害,“生物学和生物工程系教授Ivan Mijakovic说。

尖锐的薄片不会损伤人体细胞。原因很简单:一种细菌直径为1微米至千分之一毫米,而人类细胞为25微米。所以,对细菌来说,致命的刀攻击是什么,因此对人体细胞来说只是一个很小的划痕。

“石墨烯具有很高的医疗应用潜力。但是在我们宣称它完全安全之前,需要更多的研究。除此之外,我们知道石墨烯不容易降解,“微科技与纳米科学系副教授孙洁说。

好的细菌也被石墨烯杀死。但这不是问题,因为效果是局部的,身体内微生物群落的平衡不受干扰。

“我们希望阻止细菌产生感染。否则,您可能需要使用抗生素,这可能会破坏正常细菌的平衡,并且还会增加病原体对抗微生物药物耐药性的风险。“生物学和生物工程博士后Santosh Pandit说。

石墨烯垂直薄片不是一项新发明,已经存在了几年。但查默斯研究团队是第一个以这种方式使用垂直石墨烯的公司。研究小组的下一步将是进一步测试石墨烯薄片,通过涂覆植入物表面并研究对动物细胞的影响。

查尔莫斯与Wellspect Healthcare公司合作,该公司生产导管和其他医疗器械。他们现在将继续进行第二项研究。

这些项目由Vinnova(一家瑞典政府机构)资助,并发表在“先进材料界面:垂直排列的石墨烯涂层是杀菌和防止细菌生物膜的形成”

出版物:Santosh Pandit等人,“垂直排列的石墨烯涂层是杀菌的并且防止细菌生物膜的形成”,Advanced Materials,2018; DOI:10.1002 / admi.201701331

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