El descubrimiento del grafeno ha traído mucha emoción a la comunidad nanotecnológica. Gran parte de este entusiasmo se debe a la posibilidad de derivar materiales basados ​​en grafeno con aplicaciones en electrónica, almacen de energia, dispositivos de detección y biomédicos. A pesar del potencial, sin embargo, Existe una preocupación real de que los materiales basados ​​en grafeno puedan tener efectos nocivos sobre la salud humana y el medio ambiente natural.

Un aspecto particularmente interesante de este tema son los efectos tóxicos de los materiales basados ​​en grafeno en el mundo microscópico de las bacterias. Por esta misma razón, Jun Wei del Instituto de Tecnología de Fabricación A * STAR de Singapur y sus compañeros de trabajo ahora han comparado la actividad antibacteriana del grafito, óxido de grafito, óxido de grafeno y óxido de grafeno reducido utilizando la bacteria modelo Escherichia coli. Demostraron que los dos materiales a base de grafeno matan sustancialmente más bacterias que dos materiales a base de grafito, siendo el óxido de grafeno el de mayor rendimiento.

Curiosamente, Las partículas de óxido de grafeno fueron las más pequeñas de los cuatro materiales de grafeno medidos por la dispersión dinámica de la luz. Wei y sus colaboradores creen que las partículas de óxido de grafeno reducido eran más grandes porque se agregaron tanto lateralmente como en tres dimensiones.

De hecho, el tamaño de las partículas bien podría ser la clave de por qué el óxido de grafeno es tan mortal para las bacterias. Cuando los investigadores estudiaron las células afectadas mediante microscopía electrónica de barrido, vieron que la mayoría de las células de E. coli estaban envueltas individualmente por capas de óxido de grafeno. A diferencia de, Las células de E. coli generalmente se incrustaban en los agregados más grandes de óxido de grafeno reducido (ver imagen). Un mecanismo similar de captura de células estaba operativo en los materiales a base de grafito.

Entonces, ¿por qué el envoltorio celular mata más células que el atrapamiento celular? Los investigadores creen que el contacto directo de la superficie celular con el grafeno provoca estrés en la membrana y daños irreversibles.

Wei y sus colaboradores también investigaron los mecanismos químicos por los cuales los materiales podrían alterar y matar las bacterias. Descubrieron que la oxidación del glutatión, un importante antioxidante celular, Ocurrió al exponerse al grafito y al óxido de grafeno reducido. “Podría ser que estas estructuras actúen como puentes conductores que extraen electrones de las moléculas de glutatión y los liberan al ambiente externo, "dice Wei.

Curiosamente, mientras que el efecto de los mecanismos de alteración de la membrana desaparece después de cuatro horas de incubación, el mecanismo de oxidación muestra solo cambios menores.

"Con el conocimiento obtenido en este estudio, imaginamos que las propiedades fisicoquímicas de los materiales basados ​​en grafeno, como la densidad de grupos funcionales, el tamaño y la conductividad se pueden adaptar mejor para reducir los riesgos ambientales o aumentar el potencial de aplicación, "dice Wei.