La scoperta del grafene ha suscitato molto entusiasmo nella comunità delle nanotecnologie. Gran parte di questa eccitazione è dovuta alla possibilità di derivare materiali a base di grafene con applicazioni in elettronica, stoccaggio di energia, sensori e dispositivi biomedici. Nonostante il potenziale, però, c'è una reale preoccupazione che i materiali a base di grafene possano avere effetti deleteri sulla salute umana e sull'ambiente naturale.

Un aspetto particolarmente interessante di questo argomento sono gli effetti tossici dei materiali a base di grafene sul mondo microscopico dei batteri. Proprio per questo, Jun Wei dell'A*STAR Singapore Institute of Manufacturing Technology e i suoi collaboratori hanno ora confrontato l'attività antibatterica della grafite, ossido di grafite, ossido di grafene e ossido di grafene ridotto utilizzando il batterio modello Escherichia coli. Hanno dimostrato che i due materiali a base di grafene uccidono sostanzialmente più batteri di due materiali a base di grafite, con l'ossido di grafene che ha le migliori prestazioni.

interessante, le particelle di ossido di grafene erano le più piccole di tutti e quattro i materiali di grafene misurati mediante diffusione dinamica della luce. Wei e collaboratori ritengono che le particelle di ossido di grafene ridotto fossero più grandi perché si aggregavano sia lateralmente che in tre dimensioni.

Infatti, la dimensione delle particelle potrebbe essere la chiave del motivo per cui l'ossido di grafene è così mortale per i batteri. Quando i ricercatori hanno studiato le cellule colpite utilizzando la microscopia elettronica a scansione, hanno visto che la maggior parte delle cellule di E.coli erano avvolte singolarmente da strati di ossido di grafene. In contrasto, Le cellule di E. coli erano solitamente incorporate negli aggregati più grandi di ossido di grafene ridotto (vedi immagine). Un meccanismo simile di intrappolamento cellulare era operativo nei materiali a base di grafite.

Allora perché l'involucro cellulare uccide più cellule dell'intrappolamento cellulare? I ricercatori ritengono che il contatto diretto della superficie cellulare con il grafene provochi stress sulla membrana e danni irreversibili.

Wei e colleghi hanno anche studiato i meccanismi chimici attraverso i quali i materiali potrebbero distruggere e uccidere i batteri. Hanno scoperto che l'ossidazione del glutatione, un importante antiossidante cellulare, si è verificato per esposizione a grafite e ossido di grafene ridotto. "Potrebbe essere che queste strutture agiscano come ponti conduttori che estraggono elettroni dalle molecole di glutatione e li rilasciano nell'ambiente esterno, "dice Wei.

intrigante, mentre l'effetto dei meccanismi di distruzione della membrana svanisce dopo quattro ore di incubazione, il meccanismo di ossidazione mostra solo lievi modifiche.

"Con le conoscenze acquisite in questo studio, immaginiamo che le proprietà fisico-chimiche dei materiali a base di grafene, come la densità dei gruppi funzionali, le dimensioni e la conduttività possono essere meglio adattate per ridurre i rischi ambientali o aumentare il potenziale applicativo, "dice Wei.