עם תכונות קוטל חיידקים חזקות, לגרפן יש פוטנציאל להפוך למחליף משחק במאבק נגד חיידקים עמידים לאנטיביוטיקה. עד כה לא היו דרכים יעילות לשלוט בתכונות הללו – ולכן אין דרך לעשות שימוש בפוטנציאל של גרפן בתחום הבריאות. כעת חוקרים מאוניברסיטת צ'אלמרס לטכנולוגיה, בשוודיה, פתרו את הבעיה על ידי שימוש באותה טכנולוגיה שנמצאת במגנט למקרר רגיל. התוצאה שלו, היא משטח דמוי דיקור דק במיוחד שיכול לשמש כציפוי על צנתרים ושתלים – להרוג 99.99 אחוז מכלל החיידקים על משטח.
זיהומים הקשורים לטיפול רפואי הם בעיה נפוצה ברחבי העולם, הגורמים לסבל רב, עלויות בריאות גבוהות וסיכון מוגבר לעמידות מוגברת לאנטיביוטיקה. רוב הזיהומים מתרחשים בקשר עם שימוש במוצרים טכנולוגיים רפואיים שונים כמו צנתרים, תותבות ירך, תותבות ברכיים והשתלות שיניים, כאשר חיידקים מסוגלים לחדור לגוף דרך משטח זר. באוניברסיטת צ'אלמרס לטכנולוגיה, חוקרים בחנו כיצד גרפן, חומר גרפיט דו-ממדי דק אטומי, יכול לתרום למאבק נגד עמידות לאנטיביוטיקה וזיהומים בבריאות. צוות המחקר הצליח בעבר להראות כיצד פתיתי גרפן הניצבים אנכית מונעים מחיידקים להיצמד למצע. במקום זאת, החיידקים נחתכים לחתיכות על הפתיתים החדים כתער ומתים.
אנו מפתחים חומר אנטיבקטריאלי, דק במיוחד, על בסיס גרפן, הניתן ליישום על כל משטח, כולל מכשירים ביו-רפואיים, משטחים כירורגיים ושתלים להרחקת חיידקים. מכיוון שגרפן מונע מחיידקים להיצמד פיזית למשטח, יש לו יתרון נוסף שאתה לא מסתכן בהגברת העמידות לאנטיביוטיקה, בניגוד לחלופות כימיות אחרות, כמו אנטיביוטיקה".
איוון מיג'קוביץ', פרופסור לביולוגיה מערכות באוניברסיטת צ'למרס לטכנולוגיה ואחד ממחבריו של המחקר שפורסם לאחרונה
הורג 99.99% מהחיידקים על משטח
עם זאת, החוקרים עמדו בפני אתגר. למרות שניתן להדגים את תכונותיו קוטל החיידקים במעבדה, החוקרים עדיין לא הצליחו לשלוט בכיוון ההתמצאות של פתיתי הגרפן – ולאחר מכן לא הצליחו ליישם את החומר על משטחים המשמשים על מכשירים רפואיים המשמשים בתחום הבריאות. עד כה, ניתן היה לשלוט בתכונות קוטל החיידקים של גרפן רק בכיוון אחד ספציפי: כיוון הזרימה של תהליך הייצור. אבל כעת חוקרי צ'אלמרס זכו לפריצת דרך מבטיחה ליישום מעשי בתחום הבריאות – ומעבר לכך.
"הצלחנו למצוא דרך לשלוט בהשפעות של גרפן באופן מעשי בכמה כיוונים שונים ועם רמת אחידות גבוהה מאוד של הכיוון. שיטת ההתמצאות החדשה הזו מאפשרת לשלב ננו-לוחות גרפן במשטחי פלסטיק רפואיים ולקבל חומר אנטיבקטריאלי. משטח שהורג 99.99% מהחיידקים שמנסים להיצמד, זה סולל את הדרך לגמישות רבה יותר כאשר רוצים לייצר מכשירים רפואיים קוטלי חיידקים באמצעות גרפן", אומר רולנד קדר, פרופסור לריולוגיה באוניברסיטת צ'אלמרס.
יעילות חסרת תקדים על ידי שליטה בשדות מגנטיים
על ידי סידור מגנטים של כדור הארץ בתבנית מעגלית שהופך את השדה המגנטי בתוך המערך להתארגן בכיוון ישר, החוקרים הצליחו לגרום לכיוון אחיד של הגרפן ולהגיע לאפקט חיידקי גבוה מאוד על משטחים מכל צורה.
השיטה, שפורסמה ב-Advanced Functional Materials, נקראת "מערך הלבך" ומשמעותה שהשדה המגנטי בתוך מערך המגנטים מתחזק ואחיד בעודו נחלש בצד השני, מה שמאפשר כיוון חד-כיווני חזק של הגרפן. הטכנולוגיה דומה למה שתמצאו במגנט למקרר.
"זו הפעם הראשונה שבה נעשה שימוש בשיטת מערך הלבך כדי לכוון גרפן בננו מרוכב פולימרי. כעת, לאחר שראינו את התוצאות, כמובן שאנו רוצים שלוחות הגרפן הללו יוכנסו למגזר הבריאות כדי שנוכל לצמצם את המספר של זיהומים הקשורים לשירותי בריאות, להפחית סבל לחולים ולמנוע עמידות לאנטיביוטיקה", אומר ויני גאי, חוקר ראוולוגיה ועיבוד של חומר רך באוניברסיטת צ'אלמרס לטכנולוגיה.
טכנולוגיית האוריינטציה החדשה מראה פוטנציאל משמעותי בתחומים אחרים, למשל בסוללות, קבלי-על, חיישנים וחומרי אריזה עמידים למים.
"בהתחשב בהשפעתה הרחבה על תחומים אלה, שיטה זו באמת פותחת אופקים חדשים ביישור החומר, ומספקת כלי רב עוצמה לתכנון מוצלח והתאמה אישית של ננו-מבנים המחקים את הארכיטקטורות המורכבות המצויות במערכות טבעיות", אומר רולנד קאדאר.
