Una pequeña capa de escamas de grafeno en una superficie mata las bacterias, detener infecciones durante procedimientos como la cirugía de implantes. Este es el hallazgo de una nueva investigación de la Universidad Tecnológica de Chalmers, Suecia, publicado recientemente en Interfaces de materiales avanzados .

Operaciones para implantes quirúrgicos, como reemplazos de cadera y rodilla o implantes dentales, han aumentado en los últimos años. Sin embargo, en tales procedimientos, siempre existe el riesgo de infección bacteriana. En el peor de los casos, esto puede evitar que el implante se adhiera al esqueleto, lo que significa que debe eliminarse.

Las bacterias viajan en fluidos como la sangre, buscando adherirse a una superficie adecuada. Una vez en su lugar, empiezan a crecer y propagarse, formando una capa protectora conocida como biopelícula. Un equipo de investigación de Chalmers ha demostrado ahora que una capa de escamas de grafeno verticales forma una superficie protectora que hace imposible que las bacterias se adhieran. En lugar de, las bacterias son cortadas en pedazos por los afilados copos de grafeno y mueren. Por lo tanto, recubrir los implantes con una capa de escamas de grafeno puede proteger al paciente contra infecciones, eliminar la necesidad de tratamiento con antibióticos, y reducir el riesgo de rechazo del implante. La osteointegración, el proceso por el cual la estructura ósea crece para unir el implante, no se altera. De hecho, Se ha demostrado que el grafeno beneficia a las células óseas.

La Universidad de Chalmers es líder en el área de la investigación del grafeno, pero las aplicaciones biológicas no empezaron a materializarse hasta hace unos años. Los investigadores vieron resultados contradictorios en estudios anteriores. Algunos mostraron que el grafeno dañaba las bacterias, otros que no se vieron afectados.

"Descubrimos que el parámetro clave es orientar el grafeno verticalmente. Si es horizontal, las bacterias no se ven dañadas, "dice Ivan Mijakovic, Profesor del Departamento de Biología e Ingeniería Biológica.

Las escamas afiladas no dañan las células humanas porque una bacteria tiene un micrómetro de diámetro, mientras que una célula humana tiene 25 micrómetros. Por lo tanto, lo que constituye un ataque mortal con cuchillo para una bacteria es solo un pequeño rasguño para una célula humana.

"El grafeno tiene un alto potencial para aplicaciones sanitarias. Pero se necesita más investigación antes de que podamos afirmar que es completamente seguro. Entre otras cosas, sabemos que el grafeno no se degrada fácilmente, "dice Jie Sun, profesor asociado del Departamento de Micro Tecnología y Nanociencia.

El grafeno también mata las bacterias buenas. Pero eso no es un problema ya que el efecto se localiza y el equilibrio de la microflora en el cuerpo permanece inalterado. "Queremos evitar que las bacterias creen una infección. De lo contrario, puede que necesite antibióticos, que podría alterar el equilibrio de las bacterias normales y también aumentar el riesgo de resistencia a los antimicrobianos por parte de patógenos, "dice Santosh Pandit, postdoctorado en Biología e Ingeniería Biológica.

Los copos verticales de grafeno no son un invento nuevo, habiendo existido durante algunos años. Pero los equipos de investigación de Chalmers son los primeros en utilizar el grafeno vertical de esta manera. El siguiente paso para el equipo de investigación será probar más las escamas de grafeno recubriendo las superficies de los implantes y estudiando el efecto en las células animales.

La fabricación de grafeno vertical

El grafeno está hecho de átomos de carbono. Es solo una capa atómica de espesor, y por lo tanto, el material más delgado del mundo. El grafeno se fabrica en escamas o películas. Es 200 veces más resistente que el acero, y tiene muy buena conductividad gracias a su rápida movilidad de electrones. El grafeno también es extremadamente sensible a las moléculas, lo que permite su uso en sensores.

El grafeno se puede producir mediante deposición química de vapor (CVD). El método se utiliza para crear una capa superficial delgada en una muestra. La muestra se coloca en una cámara de vacío y se calienta a alta temperatura. Simultaneamente, tres gases, generalmente hidrógeno, metano y argón, se liberan en la cámara. El calor elevado hace que las moléculas de gas reaccionen entre sí, y se crea una fina capa de átomos de carbono.

Para producir formas verticales de grafeno, Los investigadores utilizan un proceso conocido como deposición química de vapor mejorada con plasma (PECVD). Luego, se aplica un plasma sobre la muestra, lo que hace que el gas se ionice cerca de la superficie. Con el plasma la capa de carbono crece verticalmente desde la superficie, en lugar de horizontalmente como con CVD.