Grafeen is een monolaag van koolstofatomen, geordend in een tweedimensioneel netwerk. De afgeleide producten grafeenoxide en gereduceerd grafeenoxide blijken volgens dit onderzoek een antibacteriële werking te hebben. Hiertoe werd de metabolische activiteit van E. coli bacteriën gemeten. Na 2 uur incubatie van E. coli bacteriën in een oplossing van 20 µg/ml grafeenoxide bij 37°C daalde de metabolische activiteit van de bacteriën tot 70%. Het verhogen van de grafeenoxide-concentratie tot 85 µg/ml bracht een verdere daling van de activiteit tot 13% met zich mee. Gelijkaardige resultaten werden verkregen bij het testen van monolagen van gereduceerd grafeenoxide. Via microscopische technieken kon vastgesteld worden dat de celmembraan van E. coli bacteriën zwaar was beschadigd, wat de daling in metabolische activiteit verklaart.
De onderzoekers toonden verder aan dat via een éénstaps-vacuumfiltratie proces sterk en flexibel papier kon bekomen worden met een dikte tussen 1,5 µm en 4,6 µm. Een afbeelding van dergelijk grafeen papier is hieronder weergegeven. Ook hier werd antibacteriële activiteit aangetoond. Cytotoxiciteitstesten op dit materiaal toonden een minimaal effect aan op de activiteit van dierlijke cellen, zeker in het geval van grafeenoxide.
Grafeen papier (bron: ACS Nano)
In een vorige STW-nieuwsbrief (25/02/2009) werden reeds andere eigenschappen van grafeen aangehaald zoals de sterkte, resistentie aan cracking, electrische en thermische geleidbaarheid én zeer goede barrière-eigenschappen. Dit recent onderzoek voegt daar nu ook antibacteriële eigenschappen van grafeenoxide en gereduceerd grafeenoxide aan toe. Naast mogelijke toepassingen in verpakkingen wordt ook gedacht aan vb. toepassingen in de schoenenindustrie (anti-geur) of in de medische sector (wondverbanden). Volgens de onderzoekers kan productie van grafeenpapier gebeuren tegen lage kosten. Er dienen echter nog verschillende zaken verder bekeken te worden. Zo behoort E. coli tot de groep van Gram-negatieve bacteriën. Gram-positieve bacteriën (vb. Listeria monocytogenes), gisten en schimmels bezitten echter een andere celwandstructuur, wat een invloed zou kunnen hebben op de antimicrobiële eigenschappen van grafeenoxide en gereduceerd grafeenoxide. Verder is er meer onderzoek nodig om in detail mogelijke effecten op niet-bacteriële cellen in kaart te brengen (vb. uitgebreide cytotoxiciteitstesten). Daarnaast moet onderzocht worden in hoeverre componenten vanuit deze nano-materialen migreren naar vb. voeding toe.
Bronnen
- MeatProcess.com, NanoWerk.com, popsci.com en Pack4Food
- Wenbing, H et al. (2010). Graphene-Based Antibacterial Paper. ACS Nano, 4(7), 4317-4323, doi. 10.1021/nn101097v