L’igiene è fondamentale per gli oggetti di uso quotidiano che entrano in stretto contatto con il corpo, come vestiti, mascherine e spazzolini da denti. Gli scienziati hanno ora scoperto come il grafene possa eliminare selettivamente i batteri senza danneggiare le cellule umane. Questa scoperta apre la strada a una nuova classe di materiali antibatterici che potrebbero essere sicuri per le persone e in grado di ridurre la dipendenza dagli antibiotici tradizionali.
Di recente, il KAIST ha annunciato che un team di ricerca collaborativo guidato dal professor Sang Ouk Kim del Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali e dal professor Hyun Jung Chung del Dipartimento di Scienze Biologiche ha identificato il meccanismo alla base delle proprietà antibatteriche dell’ossido di grafene (GO). Questo materiale è costituito da un singolo strato atomico di carbonio con gruppi di ossigeno attaccati, il che gli conferisce la capacità di disperdersi bene in acqua e di svolgere una serie di funzioni.
Fino ad ora, gli scienziati non avevano compreso appieno come il grafene raggiungesse i suoi effetti antibatterici. Questo studio fornisce prove chiare a livello molecolare che spiegano il funzionamento di questo materiale.
Spiegazione dell’azione antibatterica selettiva
I ricercatori hanno scoperto che l’ossido di grafene svolge quella che definiscono un'”azione antibatterica selettiva”. Si lega alle membrane dei batteri e le danneggia, lasciando intatte le cellule umane. Il processo è simile a quello di una calamita che si attacca solo a determinati metalli.
Questa selettività deriva dai gruppi contenenti ossigeno presenti sulla superficie dell’ossido di grafene. Questi gruppi si legano specificamente a una molecola chiamata POPG, che si trova nelle membrane cellulari batteriche ma non in quelle umane. In parole semplici, l’ossido di grafene identifica una caratteristica specifica dei batteri, vi si lega e ne degrada la struttura cellulare. I fosfolipidi costituiscono la membrana cellulare e il POPG è un tipo di fosfolipide presente principalmente nei batteri.
Efficace contro i superbatteri e favorisce la guarigione.
Applicato sotto forma di nanofibre, questo materiale è stato in grado di arrestare la crescita di un’ampia gamma di batteri nocivi, compresi i superbatteri resistenti agli antibiotici. Test condotti su animali hanno inoltre dimostrato che favorisce una più rapida guarigione delle ferite senza causare infiammazione. Un altro vantaggio è la durabilità. Le fibre realizzate con ossido di grafene hanno mantenuto le loro proprietà antibatteriche anche dopo ripetuti lavaggi, il che suggerisce un forte potenziale di utilizzo nell’abbigliamento, nei tessuti medicali e in altre applicazioni pratiche.
Dalle scoperte di laboratorio ai prodotti per il mondo reale
Questa tecnologia è già utilizzata nei prodotti di consumo. Uno spazzolino antibatterico al grafene, sviluppato grazie ai brevetti della startup guidata da docenti “Materials Creation Co., Ltd.”, ha venduto oltre 10 milioni di unità, dimostrando un forte successo commerciale. Inoltre, GrapheneTex, un materiale tessile che incorpora questa tecnologia, è stato utilizzato nelle uniformi indossate dalla squadra dimostrativa di Taekwondo alle Olimpiadi di Parigi del 2024. Si prevede inoltre che comparirà nell’abbigliamento sportivo funzionale in occasione di importanti eventi futuri come i Giochi Asiatici del 2026.
Applicazioni in espansione oltre l’abbigliamento
Il professor Sang Ouk Kim ha spiegato: “Questo studio è un esempio di come si possa scoprire scientificamente perché il grafene sia in grado di uccidere selettivamente i batteri rimanendo al contempo sicuro per il corpo umano”. Ha aggiunto: “Sfruttando questo principio, possiamo andare oltre la semplice produzione di indumenti sicuri senza sostanze chimiche aggressive, aprendo la strada a una gamma infinita di applicazioni, tra cui dispositivi indossabili e sistemi tessili medicali”.
Sujin Cha (dottorato di ricerca, Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali) e Ju Yeon Chung (programma integrato di laurea magistrale e dottorato di ricerca, Dipartimento di Scienze Biologiche) sono state le prime autrici. La professoressa Hyun Jung Chung ha ricoperto il ruolo di co-autrice corrispondente. I risultati sono stati pubblicati il 2 marzo sulla rivista Advanced Functional Materials.
La ricerca ha attirato anche l’attenzione di Nanowerk, una piattaforma globale di nanotecnologie, che l’ha presentata come “In primo piano” con il titolo “L’ossido di grafene distrugge i batteri senza danneggiare i tessuti umani”.
Sostegno e finanziamenti per la ricerca
Questo lavoro è stato supportato dal programma “Sviluppo di tecnologie nano/materiali (R&S)”, dal programma “Ricerca di base individuale” e dal programma “Supporto ai ricercatori a metà carriera”, tutti finanziati dal Ministero della Scienza e delle Tecnologie dell’Informazione e della Comunicazione.
by 