Někdo má tu smůlu, že jeho pot obsahuje látky, které bakteriím chutnají. Prakticky se s tím mnoho dělat nedá. Někdy se řešení najde tam, kde to nikdo nečekal. Vědci připravili z modifikovaného grafenu fólii, která má vlastnosti papíru. S překvapením zjistili, že má antibakteriální účinek a jednou z prvních praktických aplikací pružného a pevného materiálu mají být vložky do bot.
Grafen
Objevil jej ruský fyzik Andre Geim před šesti lety na univerzitě v Manchesteru. Jde o dvourozměrný krystal tvořený rovinnou sítí jedné vrstvy atomů uhlíku. Uspořádány jsou do tvaru šestiúhelníků připomínajících včelí plást. Zatím jsme o něm slýchali jako o základu nového druhu tranzistorů a uhlíkové elektroniky příští generace. Z grafenu lze vyrobit tranzistory, které jsou teoreticky schopné pracovat až do frekvence 1 THz (tedy jednoho bilionu Hertzů).
Kromě elektrické vodivosti je grafen také propustný pro světlo, takže by měl nahradit na displejích drahé kovy jakým je indium.
Zatímco před pár lety se cena plátku velikosti palce odhadovala na sto milionů dolarů, dneska jsou za pár dolarů. Ve světě se jeho výroba odhaduje již ve stovkách tun ročně. Jeho nejznámější způsob výroby je pomocí měděné desky zahřáté na tisíc stupňů Celsia a metanu. Ve vakuu se při vysoké teplotě metan rozkládá na vodík a uhlík a ten se napařuje na měděný povrch jako vrstvy grafenu. Lze ho připravit také z karbidu uhlíku, který se při vysoké teplotě redukuje na grafen. Slibnou metodou se šancí na zavedení do průmyslové výroby je metoda původem z California NanoSystems Institute využívající hydrazinu, kdy se oxid grafenu koupe v hydrazinu, který redukuje vrstvu oxidu grafenu na grafen.
Metod výroby čistého grafenu a jeho zpracování kvapem přibývá. V poslední době se prosazuje disperze oxidu grafenu ve vodě. Jeho vločky se chemickými vazbami snadno spojují a vytvářejí grafenové plátky, grafenový „papír“. V laboratoři lze dokonce vyrobit „rozpustný grafen“ chemickou modifikací mikrokrystalů grafitu směsí kyseliny sírové a dusičné s následnými kroky oxidace a odlupování vrstev na malé vločky.
Co grafen umí
I když je grafen jen forma uhlíku svým uspořádáním podobná tuze, může se pochlubit řadou „nej“. Pokud je bez příměsí, vykazuje vysokou elektrickou vodivost. Elektrony v grafenu ztrácejí hmotnost. Grafen je také nejtenčí a současně nejpevnější materiál na světě. V tahu je asi dvěstěkrát pevnější než ocel. Je nyní jedním z nejintenzívněji zkoumaných materiálů na světě.
Biologické vlastnosti grafenu
Čínští nanovědci, jak si skupina okolo Chunhai Fana z Shanghai Institute of Applied Physics říká, přichází s tím, že odhalila u grafenu zajímavou vlastnost – schopnost zabíjet bakterie. Jenže hodně věcí není tak, jak se tváří. Ani naši čínští nanotechnologové nejsou v tomto směru prvními, kteří si antibakteriálních vlastností všimli. Spíše jen šikovně rozvedli poznatek Američanů z Texasu, kteří koncem loňského roku popsali vlastnosti kompozitního materiálu TWEEN (polyoxyethylensorbitanmonolaurát) potaženého oxidem grafenu. Podezírat Číňany z něčeho nekalého ale dost dobře nejde, protože pod poznatkem s odkazem na University of Texas jsou jména, která se anglicky nečtou zrovna dobře: Sungjin Park, Ji Won Suk, Jinho An, Weiwei Cai,… Důležité ale nebude, kdo byl první, ale kdo toho vyrobí hodně, levně a bude to fungovat. Technika Číňanů (těch z Číny) se jeví ze všech těchto pohledů velmi nadějně. Nevyužívají TWEEN, ale základ - grafen a oxid grafenu, jsou stejné. Z obou z nich umí vyrobit něco, čemu lze s nadsázkou říkat papír. Mělo by to jít snadno, ve velkém a zaběhanou technikou vakuové filtrace. Veřejnosti již předvádí experimentálně připravený jednovrstevný nano-list z oxidu grafenu, jehož tloušťka je jen 1 nanometr a také list z redukovaného oxidu grafenu. I když jde fólii vyrobit z obou složek, pro výrobu silnějšího a ohebnějšího materiálu se oxid grafenu jeví jako vhodnější. Na jeden proces vakuové filtrace lze vyrobit vrstvu o síle 1,5 – 4,6 mikrometrů.
V tomto případě ale ani tak nejde o údaje tloušťky ani čistoty. Nejen, že se tím cena grafenové fólie dostává někam jinam, rozhodující je zachování vlastnosti, které říkáme antibakteriální účinek. Mikrobi na povrchu opatřeném grafenem nerostou, zvláště ty gram-pozitivní. Při testech s bakterii E. coli (indikátor střevních infekcí) se ukázalo, že se bakterie nedokážou k tomuto typu podkladu přichytit ani na něm množit. Styk s grafenovou vrstvou prakticky všechny zahubí (viabilita klesá o 98,5%). Pod mikroskopem lze spatřit, jak pouhý kontakt baktériím narušuje jejich povrchovou membránu, jak praskají a obsah jejich cytoplasmy se vylévá do prostředí.
Nový materiál má pro nás ještě jedno překvapení – není cytotoxický. Jinak řečeno - zabíjet bakterie umí, ale savčích živých buněk si nevšímá, nebo alespoň ne tak, aby to bylo významné. Ani výzkumníkům se takový poznatek nezdál. Proto takzvanou cytotoxicitu prověřovali na třech různých buněčných liniích. A nic. Stále stejný výsledek. Když si uvědomíme další vlastnost materiálu, že tento „papír“ se ve vlhku a vodě nerozpadá, ale je stále dostatečně pevný na to, aby se s ním mohlo manipulovalovat, těžko se divit autorům, že je napadlo využít ho do bot.
Jak čistý grafen, tak jeho derivát jsou efektivními inhibitory růstu bakterií. Pozoruhodné na površích potažených tímto materiálem je skloubení dvou vlastností – na jedné straně jde o vlastnost biokompatibilní, to znamená, že na takovém povrchu mohou růst tělní buňky. Na straně druhé je kontakt s takovým povrchem pro bakterie osudný. U materiálů, které jsme zatím znali, jdou tyto vlastnosti ruku v ruce a je-li něco antibakteriální, je to i cytotoxické a pak to zabíjí buňky našeho těla. Zvláštnost grafenu mu otvírá další široké pole využití, které s elektronikou nijak nesouvisí. Co grafenu jeho zvláštní antibakteriální vlastnosti propůjčuje se zatím neví. Autoři publikace se domnívají, že dotek navodí oxidační stres bakteriálních membránových struktur. Připouští ale, že by mohlo jít také jen o jejich mechanické poškození, jaké mikroorganismům způsobují podobné uhlíkaté struktury, jako třeba karbonové nanotrubičky a fullereny.
Materiály s grafenovým povrchem zcela jistě neskončí jen v botách. Obalový materiál, který se sám desinfikuje, nemohou výrobci potravin dlouho nechat bez povšimnutí. My spotřebitelé bychom na tom také vydělali. Nejen proto, že by se nám potraviny tak rychle nekazily, ale mohli bychom se přestat obávat kdo před námi měl zboží v ruce a zda nebyl nemocný,...
Pramen: Shanghai Institute of Applied Physics