研究人员揭示了氧化石墨烯为何能有选择性地杀灭细菌，同时对人体细胞无害，其应用范围从牙刷到运动服装。
（Nanowerk新闻）一款涂有石墨烯的牙刷凭借其抗菌特性已售出超过1000万支，但直到现在，这种杀菌能力背后的精确机制尚未完全明了。韩国科学技术院（KAIST）的一个联合研究团队现已揭示了氧化石墨烯如何在完全不伤害人体细胞的同时选择性地杀灭细菌，并将研究成果发表在《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）期刊上（题为《Biocompatible but Antibacterial Mechanism of Graphene Oxide for Sustainable Antibiotics》）。
主要发现
- 氧化石墨烯会选择性地与POPG结合——这是一种仅存在于细菌细胞膜中的磷脂，从而破坏细菌结构，同时保持人体细胞完好无损。
- 含有氧化石墨烯的纤维即使经过多次洗涤循环，仍能保持其抗菌性能。
- 基于该核心技术开发的石墨烯抗菌牙刷，商业销量已突破1000万支。
这款牙刷由“Materials Creation Co., Ltd.”实现商业化，这是一家基于该研究专利成立的、由教师主导的初创企业。但要从分子层面解释该材料为何能在有效杀菌的同时不损伤人体组织，则需要专门的研究。材料科学与工程系的Sang Ouk Kim教授和生物科学系的Hyun Jung Chung教授共同领导了这项研究。
GO纳米片的选择性抗菌机制示意图及其化学结构。（图片来源：转载自DOI:10.1002/adfm.74695，CC BY）
氧化石墨烯是一种由单原子厚度的碳片与氧原子结合而成的纳米材料。它易于与水混合，并可应用于各种表面和纤维上。研究团队发现，氧化石墨烯表面的氧官能团会选择性地与一种名为POPG的磷脂结合——这种脂肪分子是细菌细胞膜的组成部分，但在人体细胞膜中则完全不存在。
当氧化石墨烯接触到细菌时，它会附着在细菌膜上的POPG上，破坏其结构完整性，从而杀死细胞。而人体细胞由于缺乏这种磷脂，则不受影响。这种选择性是化学性的，而非机械性的：该材料能够识别细菌特有的分子靶点，并忽略其他一切。
Sang Ouk Kim教授解释道：“这项研究从科学角度揭示了石墨烯为何能够选择性地杀死细菌，同时对人体保持安全。”
除了口腔护理产品外，研究人员还证明，经氧化石墨烯处理的纺织纤维在多次洗涤后仍能保持其抗菌功能。这种耐久性表明，该技术可应用于服装、医用纺织品以及其他需要持续保持卫生性能的产品中。
名为GrapheneTex的相关产品系列将氧化石墨烯融入纺织材料中，已被用于2024年巴黎奥运会跆拳道表演队的队服。预计这项纺织技术还将出现在即将举行的国际赛事（包括2026年亚运会）的功能性运动服装中。
Kim教授强调：“利用这一原理，我们可以将应用范围从不含刺激性化学物质的安全服装扩展到无限广阔的领域，包括可穿戴设备和医用纺织系统。”
材料科学与工程系的博士生Sujin Cha和生物科学系的硕士/博士连读生Ju Yeon Chung担任了该论文的第一作者。Hyun Jung Chung教授担任共同通讯作者。Nanowerk网站亦将该研究成果作为焦点文章刊登，标题为《Graphene oxide destroys bacteria without harming human tissue》。
随着分子层面的证据证实了此前商业销售所暗示的效果，氧化石墨烯正逐步成为材料应用领域中传统抗生素的实用替代品，其应用范围涵盖从消费类卫生产品到功能性运动服装及医用纺织品。
文献链接：https://doi.org/10.1002/adfm.74695
本文来自nanowerk，本文观点不代表石墨烯网立场，转载请联系原作者。
