Wil je eens wat weten ?Een nieuw antibacterieel papier van nanomateriaal op basis van grafeen
Chinese wetenschappers menen dat het kan dienen voor verpakkingen van voeding en dat het de levensduur kan vergroten. Wetenschappers van Shanghai University hebben twee water-oplosbare afgeleiden van grafeen ontwikkeld, die de groei van Escherichia coli efficiënt kunnen afremmen [Harrington 2010; Hu et al. 2010]. E.coli is een Gram negatieve bacterie, die gewoonlijk wordt aangetroffen in de dikke darm van warmbloedigen. De meeste klassen zijn ongevaarlijk, maar sommigen kunnen voedselvergiftigingen veroorzaken wat dan weer leidt tot recalls van de producten. Vandaag de dag worden antibacteriële materialen steeds meer gebruikt voor een betere volksgezondheid. Van een groot aantal chemische verbindingen zoals antibiotica, metaalionen of quaternaire ammoniumzouten weet men dat ze de aanhechting en proliferatie van microben op materiaaloppervlakken verhinderen. Nochtans geven deze materialen reden tot bezorgdheid omwille van antibioticaresistentie en milieuverontreiniging.
Zeer recent werden de antibacteriële eigenschappen van nanomaterialen zoals zilver-, titaniumoxide- en ook koolstofnanodeeltjes om die reden onderzocht. Deze laatste zijn een nieuw type van koolstofnanodeeltjes; ze lijken op opgerold grafeen.
Grafeen is een monolaag van koolstofatomen die zijn samengepakt in een twee-dimensioneel kristal.
Geim [2009] noemt grafeen een wondermateriaal van veel superlatieven. Het is het dunste materiaal op aarde en bovendien het sterkste ooit. Grafeen is in staat tot dichtheden die zes grootteordes groter zijn dan deze van koper; het vertoont maximale thermische geleidbaarheid en onbuigzaamheid en het is niet doorlaatbaar voor gassen.
Deze snel stijgende ster aan het firmament van de materiaalwetenschappen vertoont uitzonderlijke kristal- en electronische kwaliteiten. Niettegenstaande zijn korte geschiedenis heeft grafeen reeds een overvloed aan toepassingen, overzichten zijn gepubliceerd door Novoselov et al. [2005] en Geim & Novoselov [2007]. De zelden geziene hausse van recente Nature and Science-artikels omtrent grafeen illustreren zijn enorm belang en vernieuwende eigenschappen [Novoselov et al. 2004 & 2005; Stankovich et al. 2006].
Men heeft ook ontdekt dat grafeen een biocompatibel substraat voor adhesie is. Bovendien werd grafeenoxide gebruikt als een nanotransportsysteem voor de aanlevering van water-onoplosbare geneesmiddelen in cellen. De eigenschappen motiveerden Hu et al. [2010] om de cytotoxiciteit en de antiseptische eigenschappen te bestuderen.
Na een incubatie van twee uur met grafeenoxideblaadjes viel de metabolische activiteit van Escherichia coli cellen terug op ~70 percent. De Chinese onderzoekers bestudeerden zowel nanoblaadjes van grafeenoxide [GO] als van gereduceerd grafeenoxide [rGO]. Bovenop de testen met lage concentraties werd er vastgesteld dat GO-concentraties van 85 μg/mL de celactiviteit reduceerde tot zo’n 13 percent, wat heel duidelijk de uitgesproken inhibitiecapaciteit van GO-nanoblaadjes aantoont. Het rGO vertoont eveneens zeer goede antibacteriële eigenschappen. Het reduceerde de metabolische activiteit van E.coli cellen tot ongeveer 24 percent na behandeling met een concentratie van 85 μg/mL bij 37° C en gedurende een even lange periode.
Daar waar de antibacteriële eigenschappen van rGO nauwelijks kleiner zijn dan deze van GO, is de cytotoxiciteit [de eigenschap toxisch te zijn voor cellen] significant groter. De studie vermeldt dat dit te wijten is oppervlaktewijzigingen en veranderingen in de functionele groepen van GO en rGO op de oppervlakken van de nanoblaadjes.
Wikkelfolies houden voeding langer vers.
GO evenals rGO nanoblaadjes werden in een één-fasig vacuüm filtratieproces gemakkelijk omgevormd tot macroscopisch, afzonderlijk, stevig en plooibaar papier. Na de productie van het papier trachtten de onderzoekers bacteriële en menselijke cellen te doen groeien op dergelijke bladeren. De bacteriële cellen konden er onmogelijk op groeien en het papier had nauwelijks enig effect op de menselijke cellen.
“Omwille van het superieur antibacterieel effect van GO nanoblaadjes en omwille van de gemakkelijke en goedkope massaproductie van plooibaar papier verwachten we dat dit nieuwe nanomateriaal nieuwe kansen zal bieden voor de ontwikkeling van antibacteriële materialen” concludeerden de onderzoekers.
Het blijkt dat papier met dunne blaadjes van koolstof antibacteriële eigenschappen vertoont met een ruime waaier aan toepassingen. Dit nieuwe antibacteriële papier kan leiden tot verpakkingsmaterialen voor voeding die de levensduur sterk vergroten, tot schoenen die nooit stinken en tot verbanden met een ingebouwd afschrikkingsmechanisme tegen infecties.
De markt voor antibacteriële materialen en oppervlakken neemt explosief toe. Cao & Sun [2009] hebben onlangs een antimicrobiële verf ontwikkeld die bacteriën en virussen doodt wanneer ze met de verf in contact komen. De antimicrobiële eigenschappen ervan blijven bij normaal gebruik een jaar duren.
Wanneer het griepvirus op de substantie landt, dan wordt de griepverbreiding gestopt. En dit is geen Hollywood-grap !!!
Referenties
Cao & Sun [2009]. Polymeric N-Halamine Latex Emulsions for Use in Antimicrobial Paints, ACS Applied Material Interfaces 1, 2, 494 – 504
Geim [2009]. Graphene: Status and Prospects, Science 324, 1530 – 1534
Geim & Novoselov [2007]. The rise of graphene, Nature Materials 6, 183 - 191
Harrington [2010]. Graphene-based antibacterial paper has food packaging potential, www.ap-foodtechnology.com
Hu et al. [2010]. Graphene-Based Antibacterial Paper, ACS Nano 4, 7, 4317 – 4323
Novoselov et al. [2004]. Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films, Science 306, 666 - 669
Novoselov et al. [2005]. Two-dimensional gas of massless Dirac fermions in graphene, Nature 438, 197 – 200
Stankovich et al. [2006]. Graphene-based composite materials, Nature 442, 282 - 286
|
