中國儲能網(wǎng)訊：7月8日，國際納米科技領(lǐng)域的頂級期刊《自然?納米科技》在線發(fā)布了一項由我國浙江大學(xué)軟物質(zhì)科學(xué)研究中心思源講座教授周如鴻領(lǐng)銜的合作團隊所完成的科研成果，該項目首次揭示了石墨烯破壞細菌細胞膜的機理及其途徑，對石墨烯材料在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用提供了一定的理論基礎(chǔ)。
近年來，中國科研人員發(fā)現(xiàn)細菌的細胞在石墨烯上無法生長，而人類細胞卻不會受損，石墨烯會破壞細菌的細胞膜并“殺死”細菌，然而，對于石墨烯破壞細菌細胞膜的機理和途徑，至今尚未有科研人員進行破解。浙江大學(xué)的這項研究則首次揭示了石墨烯破壞細菌細胞膜的機制。周如鴻作為浙江大學(xué)思源講座教授、IBM沃森研究中心高級研究員、哥倫比亞大學(xué)兼職教授，他聯(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菌細胞膜機制的研究。
石墨烯是一種由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)的新材料，是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一個碳原子厚度的二維材料，作為一種新型的納米材料，以其獨特的結(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。
石墨烯一直被認為是假設(shè)性的結(jié)構(gòu)，無法單獨穩(wěn)定存在，直至2004年，英國曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家安德烈?海姆和康斯坦丁?諾沃肖洛夫，成功地在實驗中從石墨中分離出石墨烯，而證實它可以單獨存在，兩人也因“在二維石墨烯材料的開創(chuàng)性實驗”為由，共同獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎。
眾所周知，細菌細胞膜的基本組成成分是磷脂分子，它能夠起到保護細胞質(zhì)和細胞核，阻擋外界傷害該細胞的作用。在該項研究中，研究人員通過計算機模擬結(jié)合電子顯微鏡技術(shù)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)石墨烯接觸到細菌的細胞膜后，能誘導(dǎo)細菌細胞膜上的磷脂分子脫離細胞膜并轉(zhuǎn)移到上石墨烯表面。
因此，研究人員基于分子動力學(xué)模擬的理論分析揭示出，石墨烯獨特的二維結(jié)構(gòu)使其可以與細菌細胞膜上的磷脂分子發(fā)生很強的色散相互作用，從而實現(xiàn)石墨烯對細胞膜上磷脂分子的大規(guī)模直接抽取。
針對細菌細胞膜為什么會被石墨烯殺死的問題，研究人員認為，人類等哺乳類動物都具有血液循環(huán)系統(tǒng)，內(nèi)含豐富的血清蛋白，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胞膜。細菌細胞膜則因為沒有血液循環(huán)系統(tǒng)，所以容易被石墨烯侵蝕。
研究人員認為，該項研究通過理論預(yù)測與實驗驗證相結(jié)合的方式，為進一步開發(fā)沒有耐藥性的抗生素提供了極其關(guān)鍵的分子機制，同時也為設(shè)計具有更好生物兼容性的石墨烯提供了理論基礎(chǔ)。因此，研究人員已經(jīng)開始測試“石墨烯創(chuàng)可貼”的想法，并成功制備了耐清洗和具有長時間抗菌能力的石墨烯棉布，然而，其是否存在對人體可能潛在的副作用還，需要更進一步的研究才能確定。
