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  • I ricercatori mostrano che il grafene indotto dal laser uccide i batteri, resiste al biofouling

    Nella riga superiore, si osserva la crescita di biofilm su superfici con una soluzione contenente Pseudomonas aeruginosa su, da sinistra, poliimmide, superfici di grafite e grafene indotta da laser. Verde, il rosso e il blu rappresentano i batteri vivi, batteri morti e sostanze polimeriche extracellulari, rispettivamente. In fondo, un foglio di poliimmide bruciato a sinistra per lasciare il grafene indotto dal laser mostra la superficie del grafene quasi priva di crescita. Credito:Arnusch Lab/Università Ben-Gurion del Negev

    Scienziati della Rice University e della Ben-Gurion University del Negev (BGU) hanno scoperto che il grafene indotto dal laser (LIG) è un materiale antivegetativo altamente efficace e, quando elettrificato, zapper di batteri.

    LIG è una versione spugnosa del grafene, lo strato a singolo atomo di atomi di carbonio. Il laboratorio Rice del chimico James Tour lo ha sviluppato tre anni fa bruciando parzialmente un foglio di poliimmide economico con un laser, che ha trasformato la superficie in un reticolo di fogli di grafene interconnessi. Da allora i ricercatori hanno suggerito usi per il materiale nell'elettronica indossabile e nelle celle a combustibile e per superfici superidrofobiche o superidrofile.

    Secondo il loro rapporto dell'American Chemical Society's Materiali e interfacce applicati ACS , LIG protegge anche le superfici dal biofouling, l'accumulo di microrganismi, piante o altro materiale biologico su superfici bagnate.

    "Questa forma di grafene è estremamente resistente alla formazione di biofilm, che è promettente per luoghi come gli impianti di trattamento delle acque, operazioni di trivellazione petrolifera, ospedali e applicazioni oceaniche come tubi sottomarini sensibili alle incrostazioni, " Tour ha detto. "Le qualità antibatteriche quando viene applicata l'elettricità è un grande vantaggio aggiuntivo".

    Se usati come elettrodi con una piccola tensione applicata, LIG diventa l'equivalente batterico di uno zapper per insetti da cortile. I test senza l'accusa hanno confermato ciò che è noto da tempo:le nanoparticelle a base di grafene hanno proprietà antibatteriche. Quando sono stati applicati da 1,1 a 2,5 volt, gli elettrodi LIG altamente conduttivi "migliorano notevolmente" tali proprietà.

    In questo video in tempo reale, Batteri Pseudomonas aeruginosa etichettati con proteina fluorescente verde, che appaiono come punti luminosi, sono attratti da un anodo di grafene indotto dal laser, dove muoiono. L'anodo in alto, che è separato da un catodo da un canale di 100 micron, trasporta una piccola tensione che aumenta le sue proprietà antibatteriche. Credito:Arnusch Lab/Università Ben-Gurion del Negev

    Al microscopio, i ricercatori hanno osservato mentre i batteri Pseudomonas aeruginosa etichettati in modo fluorescente in una soluzione con elettrodi LIG superiori a 1,1 volt venivano attirati verso l'anodo. Sopra 1,5 volt, le cellule cominciarono a scomparire e svanirono completamente entro 30 secondi. A 2,5 volt, i batteri sono scomparsi quasi completamente dalla superficie dopo un secondo.

    Il laboratorio Rice ha collaborato con il professor Christopher Arnusch, un docente presso l'Istituto BGU Zuckerberg per la ricerca sull'acqua specializzato nella purificazione dell'acqua. Il laboratorio di Arnusch ha testato gli elettrodi LIG in una soluzione carica di batteri con il 10% di acque reflue trattate secondarie e ha scoperto che dopo nove ore a 2,5 volt, Il 99,9 percento dei batteri è stato ucciso e gli elettrodi hanno resistito con forza alla formazione di biofilm.

    I ricercatori sospettano che i batteri possano incontrare la loro scomparsa attraverso una combinazione di contatto con la superficie ruvida di LIG, la carica elettrica e la tossicità da produzione localizzata di perossido di idrogeno. Il contatto potrebbe essere qualcosa come un ginocchio che colpisce il marciapiede, ma in questo caso, i batteri sono tutti al ginocchio e i bordi taglienti del grafene distruggono rapidamente le loro membrane.

    Fortunatamente, Le proprietà antivegetative di LIG impediscono ai batteri morti di accumularsi sulla superficie, Tour ha detto.

    "La combinazione di inibizione passiva del biofouling e rimozione microbica indotta da voltaggio attivo renderà probabilmente questo materiale molto ricercato per inibire la crescita di fastidiose incrostazioni naturali che affliggono molte industrie, " Disse Giro.


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