Das dünnste Material der Welt kann Implantatinfektionen verhindern

Mit nur einem Atom Dicke ist Graphen das dünnste Material, das der Mensch kennt. Aufgrund seiner hohen Leitfähigkeit kann Graphen in verschiedenen elektronischen Geräten wie Telefonbildschirmen und Ladegeräten verwendet werden. Neue Forschungsergebnisse ergänzen die Liste der Verwendungszwecke des Materials, da eine dünne Graphenschicht eine antibakterielle Wirkung hat.

Graphen (hier gezeigt) ist das dünnste Material der Welt.

Graphen wurde 2002 gefunden, als ein Experte für mikroskopisch dünne Materialien beschloss, mit sehr dünnen Kohlenstoffschichten zu experimentieren.

Das resultierende „Supermaterial“ ist heute als eines der stärksten Materialien der Welt bekannt - tatsächlich ist es 200-mal stärker als Stahl - und als das dünnste.

Graphen wird entweder als Flocken oder als Film hergestellt und ist elektrisch leitfähiger als Kupfer.

Zuvor haben Forscher damit experimentiert, die Graphenflocken vertikal zu platzieren, um ihre Anwendungen zu erweitern.

Während die Strukturierung von Graphen als vertikale „Spikes“ an sich nicht innovativ ist, zeigen Wissenschaftler der Chalmers University of Technology in Göteborg, Schweden, als erste, dass das vertikale Platzieren der Flocken Bakterien abtötet und Infektionen in einem chirurgischen Implantat verhindert.

Die Ergebnisse - die jetzt in der Zeitschrift veröffentlicht wurden Erweiterte Materialschnittstellen - sind besonders wichtig, da frühere Untersuchungen zu widersprüchlichen Ergebnissen geführt haben, wobei einige Tests zeigen, dass sie Bakterien zerstören, andere die Bakterien unversehrt lassen.

„Wir haben festgestellt, dass der Schlüsselparameter darin besteht, das Graphen vertikal auszurichten“, sagt der mitkorrespondierende Studienautor Ivan Mijakovic, Professor am Institut für Biologie und Biotechnik der Chalmers University of Technology. "Wenn es horizontal ist, werden die Bakterien nicht geschädigt", erklärt er.

Wie Graphen Implantaten zugute kommen kann

Nach Angaben der Food and Drug Administration (FDA) sind medizinische Implantate „Geräte oder Gewebe, die innerhalb oder auf der Oberfläche des Körpers platziert werden“. Einige dieser Implantate können Körperteile wie Hüft- oder Knieprothesen ersetzen oder einfach die gute Funktion anderer Organe unterstützen.

Die FDA warnt davor, dass Implantate häufig mit Infektionen einhergehen - insbesondere unmittelbar nach der Operation. Obwohl solche Infektionen normalerweise mit geeigneten Medikamenten behandelt werden können, muss das Implantat in einigen Fällen vollständig entfernt werden.

Die neue Forschung zeigt jedoch, dass das vertikale Platzieren von Graphenflocken auf der Oberfläche des Implantats einen „stacheligen“ Schutzschild bildet, der die Bakterien aufschneidet und deren Anhaftung verhindert.

Wichtig ist, dass diese Schutzschicht die menschlichen Zellen nicht schädigt. menschliche Zellen sind 25-mal größer als Bakterien. Das folgende Video erklärt detaillierter, wie Graphenspikes funktionieren.

„Graphen hat ein hohes Potenzial für Gesundheitsanwendungen“, sagt der mitkorrespondierende Studienautor Jie Sun, Associate Professor am Department of Micro Technology and Nanoscience der Chalmers University of Technology.

Die Minimierung des Risikos einer Abstoßung von Implantaten, die Notwendigkeit von Antibiotika und der Schutz vor Infektionen sind nur einige dieser Anwendungen.

Er warnt jedoch: „Es sind weitere Untersuchungen erforderlich, bevor wir behaupten können, dass [Graphen] völlig sicher ist. Wir wissen unter anderem, dass sich Graphen nicht leicht abbaut. “

„Wir möchten verhindern, dass Bakterien eine Infektion verursachen. Andernfalls benötigen Sie möglicherweise Antibiotika, die das Gleichgewicht normaler Bakterien stören und das Risiko einer Antibiotikaresistenz durch Krankheitserreger erhöhen können. “

Erster Studienautor Santosh Pandit, Institut für Biologie und Biotechnik, Chalmers University of Technology

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