科学家发现,激光诱导的石墨烯可以防止微生物、植物或其他生物材料在潮湿表面的生物附着和积累。此外,研究小组还发现,当材料通电时,它会杀死细菌。

莱斯大学实验室的詹姆斯·图尔利用激光将柔性聚酰亚胺片烧成具有互连表面的石墨烯片,即激光诱导石墨烯(LIG)。研究人员建议,它可以用作可穿戴设备、燃料电池的材料,或者作为超亲水或疏水表面。

图尔的研究小组在《美国化学学会急性心肌梗塞杂志》上发表了一份报告。他说:“这种石墨烯对生物膜的形成有很强的抵抗力。这对于易受灰尘污染的地方非常重要,如水处理厂、石油钻井作业、医院和包括污水管在内的海洋应用。”

在第一排,从左图开始,我们可以观察到物体表面含有铜绿假单胞菌溶液的生物膜的变化,从聚酰亚胺到石墨烯,再到激光诱导的石墨烯表面。绿色、红色和蓝色分别代表活细菌、死细菌和胞外聚合物。然而,下图显示,只有激光诱导的石墨烯(LIG)在燃烧后留在聚酰亚胺片的左侧,石墨烯的表面几乎不再生长。(照片来源:本·古里安大学Arnusch实验室)

当用作带电压的电极时,激光诱导的石墨烯相当于一个昆虫陷阱。零电荷测试证实石墨烯纳米粒子具有抗菌性能。

实验中使用的绿脓杆菌溶液包含电压高于1.1伏的石墨烯电极,而研究人员在显微镜下观察到荧光标记的细菌被吸引到阳极。高于1.5伏,细胞开始消失,并在30秒内完全消失。在2.5伏电压下,细菌会在一秒钟后从表面完全消失。

该实验与专门从事水净化研究的Arnusch实验室合作,在含有LIG电极的10%二级废水处理溶液中测试细菌,发现99.9%的细菌在2.5伏下9小时后被杀死,并且该电极强烈抵抗生物膜的形成。

研究人员怀疑细菌可能通过结合LIG的表面、电荷和局部产生的过氧化氢毒性而死亡。这种接触有点像膝盖撞击路面,但在这种情况下,细菌是膝盖,尖锐的石墨烯边缘会迅速破坏细菌的细胞膜。

幸运的是,LIG的防污性能可以防止细菌在表面聚集。

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