一种基于石墨烯的新材料能够追踪并杀死细菌——且不会伤害人体——这预示着一个超越抗生素的未来。图片来源：Shutterstock
对于与人体密切接触的日常用品，包括衣物、口罩和牙刷，卫生至关重要。科学家们现已揭示了石墨烯如何在消除细菌的同时不伤害人体细胞。这一发现预示着一种新型抗菌材料的诞生，它既对人体安全，又能减少对传统抗生素的依赖。
近日，韩国科学技术院（KAIST）宣布，由材料科学与工程系的金相旭（Sang Ouk Kim）教授和生物科学系的郑贤正（Hyun Jung Chung）教授领导的联合研究团队，成功揭示了氧化石墨烯（GO）抗菌特性的作用机制。这种材料由单层碳原子构成，表面附着氧基团，因此具有良好的水溶性并能发挥多种功能。
此前，科学家尚未完全理解石墨烯如何发挥其抗菌作用。这项研究提供了清晰的分子级证据，阐明了该材料的作用机制。
选择性抗菌作用的解释
研究人员发现，氧化石墨烯具有他们所描述的“选择性抗菌作用”。它会附着并破坏细菌的细胞膜，同时不影响人体细胞。这一过程类似于磁铁只吸附特定金属的情况。
这种选择性源于氧化石墨烯表面的含氧官能团。这些官能团会特异性地与一种名为POPG的分子结合，该分子存在于细菌细胞膜中，但不在人体细胞中。简而言之，氧化石墨烯识别出细菌的独特特征，与其结合，并破坏细胞结构。磷脂构成了包围细胞的膜，而POPG是一种主要存在于细菌中的磷脂。
有效对抗超级细菌并促进伤口愈合
当以纳米纤维形式应用时，这种材料能够抑制多种有害细菌的生长，包括耐抗生素的超级细菌。动物实验还表明，它有助于加速伤口愈合，且不会引起炎症。
另一个优势是耐用性。由氧化石墨烯制成的纤维即使经过反复清洗仍能保持其抗菌特性，这表明其在服装、医用织物及其他实际应用中具有巨大的潜力。
从实验室发现到实际产品
该技术已应用于消费品领域。由教师主导的初创公司“Materials Creation Co., Ltd.”基于专利研发的石墨烯抗菌牙刷，销量已突破1000万支，取得了显著的商业成功。此外，采用该技术的纺织材料GrapheneTex已被用于2024年巴黎奥运会跆拳道表演队的制服。预计在2026年亚运会等即将举行的重大赛事中，该材料也将应用于功能性运动服装。
应用范围超越服装领域
金相旭教授解释道：“本研究科学揭示了石墨烯为何能在对人体安全的同时选择性杀灭细菌。”他补充道：“利用这一原理，我们可以将应用范围从不含有害化学物质的安全服装，扩展到包括可穿戴设备和医用纺织系统在内的无限领域。”
材料科学与工程系博士生Sujin Cha和生物科学系硕士/博士连读生Ju Yeon Chung担任第一作者。Hyun Jung Chung教授担任共同通讯作者。该研究成果于3月2日发表在《Advanced Functional Materials》期刊上。
该研究还引起了全球纳米技术平台Nanowerk的关注，该平台以“氧化石墨烯在不损害人体组织的情况下杀灭细菌”为题，将其作为“焦点”报道。
研究支持与资助
本研究得到了韩国科学和信息通信技术部资助的“纳米/材料技术开发（研发）”项目、“个人基础研究”项目以及“中青年研究人员支持项目”的支持。
参考文献
Sujin Cha, Ju Yeon Chung, Seungju Yang, Seung Cheol Lee, Chan Woo Lee, Colin Wing‐Lok Cheng, Jun Beom Kim, Nam Jun Kim, Ayoung Park, Heewon Choi, Junpyo Sinn, Ralph Weissleder, Nicholas A. Kotov, Myungeun Seo, Hyun Jung Chung, Sang Ouk Kim. Biocompatible but Antibacterial Mechanism of Graphene Oxide for Sustainable Antibiotics. Advanced Functional Materials, 2026; DOI: 10.1002/adfm.74695
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