石墨烯的抗菌活性取决于其表面氧含量

石墨烯材料中的表面氧气量是它们在杀死细菌方面效果如何的关键因素——这一发现可能有助于设计更安全、更有效的产品来对抗抗菌素耐药性。

具有高表面氧含量（SOC）的氧化石墨烯非常灵活，可以缠绕细菌（一种平行接触模式），但当它具有较低的SOC时，材料的刚性更高，并倾向于边缘接触细菌（以垂直模式）。

这两种模式都不一定杀死细菌，但杀菌活性取决于材料如何与周围的生物分子相互作用。这一发现将帮助科学家了解导致其抗菌活性的不同可能物理机制。

在ACS nano上发表他们的发现，一个来自英国、塞浦路斯、奥地利、芬兰、荷兰和中国的国际科学家小组透露，正是氧化石墨烯的不同相互作用模式导致了独特的抗菌活性——当表面氧气水平达到一定阈值时，就会发生“开关”。

SOC的轻微变化可能导致平行和垂直接触之间的相互作用模式转移。伯明翰大学的郭志玲博士评论说，SOC对交互模式的影响长期以来一直被低估了。

博士伯明翰大学的彭张评论说：“我们的研究强调，表面氧气水平可以帮助评估石墨烯材料的抗菌作用——通过澄清SOC的作用来帮助设计更安全的材料。”

作为抗菌剂，石墨烯材料可能比传统抗生素具有优势，因为它们的物理作用机制确保了微生物耐药性发展的机会更小。

到目前为止，关于石墨烯材料的抗菌机制是源于平行相互作用或垂直相互作用，还是源于这些相互作用的组合的基本问题仍然知之甚少，这阻碍了抗菌石墨烯材料的开发和了解其环境安全的进展。

来自伯明翰大学伊苏特·林奇教授指出，“这一发现是一个潜在的‘游戏规则改变者’，我们应该使用这种表面氧气‘开关’作为决定性，在人类健康和环境安全的背景下定义和分类石墨烯材料。”

英国领导的国际研究团队创建了一系列具有不同SOC的石墨烯材料，并比较了它们的抗菌性能——评估总细胞生长、生物膜形成和氧化应激，以及与细菌的物理相互作用，包括通过分子模拟。

不同的相互作用模式导致明显的抗菌活性，相互作用模式与石墨烯材料的刚性高度相关，这取决于表面氧气的量。

石墨烯材料的抗菌活性早在2010年就被报道了。该材料已被用于为孕妇服装制造抗菌织物，可以防止织物表面的微生物生长。石墨烯涂层无纺布已被用于生产抗菌面罩，而石墨烯基膜因其超快的水输送和防污活性而被广泛研究用于水处理。