慧正資訊，石墨烯是人类已知的最薄的化合物，厚度仅为一个原子，为许多应用提供了解决方案。特别因其薄、轻、可持续的特性以及抗菌潜力而受到医疗用途的追捧。

最近，一个国际科学家团队在开发石墨烯未来在医疗保健应用中的抗菌潜力方面取得了重大进展。该团队由来自英国、塞浦路斯、奥地利、芬兰、荷兰和中国的科学家组成，他们创造了一系列具有不同表面氧含量 (SOC) 的石墨烯材料，并比较了它们的抗菌性能。他们发现石墨烯材料中的表面氧含量是决定其杀灭细菌效果的关键因素。发表在ACS nano上的研究结果可能有助于设计出更安全、更有效的産品来对抗抗菌素耐药性。

由于其獨特的物理和化學特性，石墨烯在抗菌應用中顯示出巨大的潛力

由于其独特的物理和化学性质，石墨烯在抗菌应用方面显示出巨大的潜力。作为抗菌剂，石墨烯材料 (GM) 可能比传统抗生素更具优势，因为它们相互作用的性质是物理的——这意味着石墨烯片包裹细菌或利用其锋利的边缘穿透细菌——而不是纯粹的分子机制的行动。这种物理相互作用意味着细菌对石墨烯产生耐药性的可能性更小，就像它们对滥用抗生素产生耐药性一样。

已有研究表明，石墨烯及其衍生物對各種細菌、病毒和真菌具有廣譜抗菌潛力。石墨烯可在許多應用中用作抗菌劑，包括：

抗菌塗層：石墨烯可用于爲醫療設備、食品包裝和紡織品等表面制造抗菌塗層。這些塗層可以防止細菌在表面生長，降低感染風險；

傷口愈合：石墨烯已被證明可以通過加速血管和皮膚細胞的形成來促進傷口愈合。它還可以防止傷口細菌感染，降低並發症的風險；

水淨化：氧化石墨烯可用于制造過濾器，去除水中的細菌和其他汙染物。這些過濾器非常有效，有可能爲偏遠地區提供幹淨的飲用水。

研究團隊最近對石墨烯抗菌潛力的研究結果？

主要发现是石墨烯与细菌相互作用的方式（相互作用模式）高度依赖于表面的氧含量——表面氧含量 (SOC)。

具有高 SOC 的石墨烯材料主要从悬浮液中平贴（平行于）细菌细胞表面。当 SOC 达到约 0.3（O 在总原子中的原子百分比）的阈值时，交互模式转变为边缘（垂直）交互。这种不同的相互作用模式与石墨烯材料的刚性高度相关。

具有高 SOC 的氧化石墨烯 (GO) 非常灵活，因此可以包裹细菌，而具有较低 SOC 的还原 GO (rGO) 更坚硬，因此往往会通过其边缘与细菌接触。

這兩種模式都不一定能殺死細菌，但殺菌活性取決于石墨烯材料與周圍生物分子的相互作用，這也表明了一種化學機制。

这些发现表明，石墨烯材料SOC的变化决定了材料的刚性程度，是驱动与细菌相互作用模式的关键因素，从而有助于理解导致其抗菌作用的不同可能物理机制。SOC 可作为设计有效抗菌剂的关键因素。

研究結果有何意義？

关于 GM 的抗菌潜力是源于平行相互作用还是垂直相互作用，或者它们的组合的基本问题已经通过这项工作得到澄清；这两种模式都有助于石墨烯材料的抗菌活性，这取决于表面氧含量，这会影响材料的刚性，从而影响材料是与细菌的边缘相互作用(低SOC的氧化石墨烯)，还是以侧面的方式包裹细菌(高SOC的氧化石墨烯)。这一发现彻底改变了我们对石墨烯与细菌相互作用的理解。

例如，經常有人提出，大的石墨烯片包裹著細菌，而小的石墨烯片傾向于用側邊切割細菌。我們的研究結果表明，在相互作用模式中，片材尺寸並不是決定因素，而是片材的剛度，這是由材料的SOC決定的。

這些發現對石墨烯的未來應用意味著什麽？

这些发现表明，石墨烯材料 SOC 的变化是驱动它们与细菌相互作用模式的关键因素。SOC 可作为设计有效抗菌剂的关键因素。例如，如果将石墨烯用于有机物含量高的废水处理，则可能会优先使用 SOC 低、刚性高的石墨烯。

选择低 SOC 石墨烯 (rGO) 用于废水处理的主要原因是我们的研究结果还表明，培养基中存在的蛋白质与石墨烯表面结合，降低或使高有机碳的石墨烯材料的抗菌作用失活，并成为细菌生长的平台。

然而，在低 SOC 下，抗菌活性仍然很高，因为在低荷电性的石墨烯材料中，蛋白质与材料结合的位点较少，只有边缘允许结合。SOC 诱导的切换阈值将根据其他固有材料参数（例如横向尺寸和厚度）而变化——因此，需要针对特定应用中使用的特定石墨烯材料明确确定 SOC 和切换阈值，以优化特定测试条件下的抗菌活性。

下一步研究是什麽？

下一步是将这一发现用于不同的应用场景。例如，在用于废水处理和低成本水净化的膜，这是支持联合国可持续发展目标 “人人享有清洁水”的工作的一部分。

还在探索利用这些材料开发伤口敷料的潜力——特别是针对烧伤，感染是愈合过程中的主要问题，尤其是大面积烧伤。使用 SOC 定制的石墨烯材料作为伤口敷料的成分在两个方面提供了希望——在高 SOC 下促进细胞生长和在低 SOC 下抗菌。

同樣，可以開發用于糖尿病傷口、壓瘡或靜脈潰瘍等非愈合性損傷的敷料——這些是一個至關重要的醫療保健問題，因爲在大多數臨床病例中，它們會由于無效的愈合程序而逐漸變成慢性病。