Uma pequena camada de flocos de grafeno em uma superfície mata as bactérias, parar infecções durante procedimentos como cirurgia de implante. Esta é a descoberta de uma nova pesquisa da Chalmers University of Technology, Suécia, publicado recentemente em Interfaces de materiais avançados .

Operações para implantes cirúrgicos, como próteses de quadril e joelho ou implantes dentários, aumentaram nos últimos anos. Contudo, em tais procedimentos, sempre há risco de infecção bacteriana. Na pior das hipóteses, isso pode impedir que o implante se fixe ao esqueleto, o que significa que deve ser removido.

As bactérias viajam em fluidos como sangue, procurando fixar a uma superfície adequada. Uma vez no lugar, eles começam a crescer e se propagar, formando uma camada protetora conhecida como biofilme. Uma equipe de pesquisa da Chalmers mostrou agora que uma camada de flocos verticais de grafeno forma uma superfície protetora que impossibilita a fixação de bactérias. Em vez de, bactérias são cortadas em pedaços pelos flocos de grafeno afiados e mortas. Implantes de revestimento com uma camada de flocos de grafeno podem, portanto, proteger o paciente contra infecções, eliminar a necessidade de tratamento com antibióticos, e reduzir o risco de rejeição do implante. A osseointegração - o processo pelo qual a estrutura óssea cresce para anexar o implante - não é perturbada. Na verdade, o grafeno demonstrou beneficiar as células ósseas.

Chalmers University é líder na área de pesquisa de grafeno, mas as aplicações biológicas não começaram a se materializar até alguns anos atrás. Os pesquisadores viram resultados conflitantes em estudos anteriores. Alguns mostraram que o grafeno danificou as bactérias, outros que eles não foram afetados.

"Descobrimos que o parâmetro principal é orientar o grafeno verticalmente. Se for horizontal, as bactérias não são prejudicadas, "diz Ivan Mijakovic, Professor do Departamento de Biologia e Engenharia Biológica.

Os flocos afiados não danificam as células humanas porque uma bactéria tem um micrômetro de diâmetro, enquanto uma célula humana tem 25 micrômetros. O que constitui um ataque mortal de faca para uma bactéria é, portanto, apenas um pequeno arranhão para uma célula humana.

"O grafeno tem alto potencial para aplicações na saúde. Mas são necessárias mais pesquisas antes de podermos afirmar que é totalmente seguro. Entre outras coisas, sabemos que o grafeno não se degrada facilmente, "diz Jie Sun, professor associado do Departamento de Micro Tecnologia e Nanociência.

Bactérias boas também são mortas pelo grafeno. Mas isso não é um problema, como o efeito é localizado e o equilíbrio da microflora no corpo permanece inalterado. "Queremos evitar que as bactérias criem uma infecção. Caso contrário, você pode precisar de antibióticos, que poderia perturbar o equilíbrio das bactérias normais e também aumentar o risco de resistência antimicrobiana por patógenos, "diz Santosh Pandit, pós-doutorado em Biologia e Engenharia Biológica.

Flocos verticais de grafeno não são uma invenção nova, tendo existido por alguns anos. Mas as equipes de pesquisa de Chalmers são as primeiras a usar o grafeno vertical dessa forma. A próxima etapa da equipe de pesquisa será testar os flocos de grafeno ainda mais, revestindo as superfícies dos implantes e estudando o efeito nas células animais.

A fabricação de grafeno vertical

O grafeno é feito de átomos de carbono. É apenas uma única camada atômica de espessura, e, portanto, o material mais fino do mundo. O grafeno é feito em flocos ou filmes. É 200 vezes mais forte que o aço, e tem condutividade muito boa graças à sua rápida mobilidade de elétrons. O grafeno também é extremamente sensível a moléculas, o que permite que seja usado em sensores.

O grafeno pode ser feito por deposição química de vapor (CVD). O método é usado para criar um revestimento fino de superfície em uma amostra. A amostra é colocada em uma câmara de vácuo e aquecida a alta temperatura. Simultaneamente, três gases, geralmente hidrogênio, metano e argônio, são liberados na câmara. O alto calor faz com que as moléculas de gás reajam umas com as outras, e uma fina camada de átomos de carbono é criada.

Para produzir formas verticais de grafeno, os pesquisadores usam um processo conhecido como deposição química de vapor aprimorada por plasma (PECVD). Então, um plasma é aplicado sobre a amostra, o que faz com que o gás seja ionizado próximo à superfície. Com o plasma, a camada de carbono cresce verticalmente a partir da superfície, em vez de horizontalmente como com CVD.