近年來,科學(xué)家發(fā)現(xiàn)石墨烯會(huì)破壞細(xì)菌的細(xì)胞膜并“殺死”細(xì)菌,但石墨烯破壞細(xì)胞膜的機(jī)理和途徑尚未*。
日前,《自然-納米技術(shù)》雜志在線刊登了一項(xiàng)由浙大軟物質(zhì)科學(xué)研究中心思源講座教授周如鴻領(lǐng)銜的合作團(tuán)隊(duì)完成的科研成果,揭示了石墨烯破壞細(xì)菌細(xì)胞膜的機(jī)制。
周如鴻作為浙江大學(xué)思源講座教授、IBM沃森研究中心高級(jí)研究員、哥倫比亞大學(xué)兼職教授,聯(lián)合上海大學(xué)、中科院上海應(yīng)用物理研究所、IBM沃森研究中心、浙江大學(xué)等單位的研究人員,開展了揭示石墨烯破壞細(xì)菌細(xì)胞膜的機(jī)制的研究,浙江大學(xué)工程力學(xué)系青年教師修鵬參與了聯(lián)合研究。
石墨烯作為一種新型的二維超薄納米材料,以其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)、力學(xué)和電子性質(zhì),在藥物投遞、腫瘤治療等生物納米技術(shù)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。
磷脂分子是組成細(xì)菌細(xì)胞膜的基本成分,它起著保護(hù)細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核,阻擋外界傷害該細(xì)胞的作用。研究人員通過計(jì)算機(jī)模擬結(jié)合電子顯微鏡技術(shù)發(fā)現(xiàn),當(dāng)石墨烯接觸到細(xì)菌的細(xì)胞膜后,能誘導(dǎo)細(xì)菌細(xì)胞膜上的磷脂分子“移情別戀”——脫離細(xì)胞膜并“攀爬”上石墨烯表面?;诜肿觿?dòng)力學(xué)模擬的理論分析揭示出,石墨烯獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)使其可以與細(xì)菌細(xì)胞膜上的磷脂分子發(fā)生很強(qiáng)的色散相互作用,從而實(shí)現(xiàn)石墨烯對(duì)細(xì)胞膜上磷脂分子的大規(guī)模直接抽取。這樣,石墨烯通過物理作用殺死細(xì)菌,為開發(fā)新型抗耐藥的“綠色”抗生素提供了可能,如研制以石墨烯和氧化石墨烯為原料的新型“石墨烯創(chuàng)可貼”等。
需要指出的是,哺乳類動(dòng)物比如人類都具有血液循環(huán)系統(tǒng),內(nèi)含豐富的血清蛋白,它們可以和石墨烯形成“蛋白外包體”,從而阻止石墨烯直接傷害到人體細(xì)胞膜;而細(xì)菌細(xì)胞膜則因?yàn)闆]有“保護(hù)者”,所以容易被石墨烯“殺死”。
目前,本研究通過理論預(yù)測(cè)與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方式,為進(jìn)一步開發(fā)沒有耐藥性的抗生素提供了極其關(guān)鍵的分子機(jī)制,同時(shí)也為設(shè)計(jì)具有更好生物兼容性的石墨烯提供了理論基礎(chǔ)。據(jù)悉,科學(xué)家已經(jīng)在開始測(cè)試這個(gè)“石墨烯創(chuàng)可貼”的想法,并成功制備了耐清洗和具有長(zhǎng)時(shí)間抗菌能力的石墨烯棉布。當(dāng)然它對(duì)人體可能潛在的副作用還需要更進(jìn)一步的研究。
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