السلاح الفتاك: كيف يقضي الجرافين على 99.9% من البكتيريا؟

الجرافين كحل لمشكلة مقاومة المضادات الحيوية

بفضل خصائصه القاتلة للبكتيريا، يمتلك الجرافين القدرة على أن يصبح محركًا رئيسيًا في مكافحة البكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية. حتى الآن، لم تكن هناك طرق فعالة للتحكم في هذه الخصائص، وبالتالي لم يكن هناك وسيلة للاستفادة من إمكانيات الجرافين في مجال الرعاية الصحية. والآن، تمكن الباحثون في جامعة شالمر للتكنولوجيا في السويد من حل هذه المشكلة باستخدام نفس التقنية الموجودة في مغناطيس الثلاجات العادية. والنتيجة هي سطح رفيع جدًا يشبه الإبر يمكن أن يعمل كطلاء على القسطرة والغرسات، مما يقتل 99.9 في المئة من جميع البكتيريا على السطح.

تأثير العدوى المرتبطة بالرعاية الصحية

تُعتبر العدوى المرتبطة بالرعاية الصحية مشكلة شائعة حول العالم، حيث تسبب معاناة كبيرة للمرضى، وتكاليف عالية للرعاية الصحية، وزيادة خطر مقاومة المضادات الحيوية. تحدث معظم العدوى في سياق استخدام مجموعة متنوعة من المنتجات التكنولوجية الطبية مثل القسطرة، والركائب الاصطناعية للورك والركبة، وزرع الأسنان، حيث تتمكن البكتيريا من دخول الجسم عبر سطح خارجي.

دور الجرافين في مكافحة العدوى

في جامعة شالمر للتكنولوجيا، يستكشف الباحثون كيف يمكن أن يساهم الجرافين، وهو مادة جرافيتية رقيقة بسمك ذرة واحدة وثنائية الأبعاد، في مكافحة مقاومة المضادات الحيوية والعدوى في الرعاية الصحية. وقد تمكن فريق البحث سابقًا من إظهار كيفية منع رقائق الجرافين القائمة عموديًا البكتيريا من الالتصاق بالركيزة. بدلاً من ذلك، تُقطع البكتيريا إلى قطع وتموت.

تطوير مادة مضادة للبكتيريا قائمة على الجرافين

“نحن نطور مادة مضادة للبكتيريا قائمة على الجرافين، رقيقة جدًا، يمكن تطبيقها على أي سطح، بما في ذلك الأجهزة الطبية والأسطح الجراحية والغرسات لاستبعاد البكتيريا. نظرًا لأن الجرافين يمنع البكتيريا من الالتصاق جسديًا بالسطح، فإنه يتمتع بميزة إضافية تتمثل في عدم المخاطرة بزيادة مقاومة المضادات الحيوية، على عكس البدائل الكيميائية الأخرى”، كما يقول إيفان مياكوفيتش، أستاذ علم الأنظمة في جامعة شالمر للتكنولوجيا وأحد مؤلفي الدراسة المنشورة مؤخرًا.

التحديات في التطبيق العملي

ومع ذلك، كان الباحثون يواجهون تحديًا. على الرغم من أنه يمكن إثبات خصائصه القاتلة للبكتيريا في المختبر، لم يتمكن الباحثون بعد من التحكم في اتجاه الرقائق الجرافينية - وبالتالي لم يتمكنوا من تطبيق المادة على الأسطح المستخدمة في الأجهزة الطبية في الرعاية الصحية. حتى الآن، كانت الخصائص القاتلة للبكتيريا للجرافين يمكن التحكم بها فقط في اتجاه محدد: اتجاه تدفق عملية التصنيع. لكن الآن، حقق الباحثون في شالمر اختراقًا واعدًا لتطبيق عملي في الرعاية الصحية - وما بعدها.

تحقيق التحكم في تأثيرات الجرافين

“لقد تمكننا من إيجاد وسيلة للتحكم في تأثيرات الجرافين عمليًا في عدة اتجاهات مختلفة مع مستوى عالٍ جدًا من توحيد الاتجاه. هذه الطريقة الجديدة في التوجيه تجعل من الممكن دمج الألواح النانوية للجرافين في أسطح البلاستيك الطبي والحصول على سطح مضاد للبكتيريا يقتل 99.9% من البكتيريا التي تحاول الالتصاق. وهذا يمهد الطريق لمرونة أكبر بكثير عند تصنيع الأجهزة الطبية القاتلة للبكتيريا باستخدام الجرافين”، كما يقول رولاند كادار، أستاذ علم ريوولوجيا المواد في جامعة شالمر للتكنولوجيا.

تحسين التوجيه الموحد للجرافين

من خلال ترتيب المغناطيسات الأرضية في نمط دائري، مما يجعل المجال المغناطيسي داخل التكوين يتجه في اتجاه مستقيم، تمكن الباحثون من تحفيز توجيه موحد للجرافين والوصول إلى تأثير قاتل للبكتيريا عالٍ جداً على الأسطح ذات الأشكال المختلفة. هذه الابتكارات تمثل تقدماً مهماً في استخدام الجرافين في التطبيقات الطبية والتكنولوجية.

تقنية جديدة في المجلات العلمية

الطريقة، التي نُشرت في مجلة Advanced Functional Materials، تُسمى “تشكيل هالباخ”. وتعني هذه الطريقة أن المجال المغناطيسي داخل مجموعة المغناطيسات يتم تقويته وتوحيده بينما يتم ضعفه على الجانب الآخر، مما يتيح توجيهاً قوياً أحادياً للجرافين. التكنولوجيا المستخدمة مشابهة لتلك التي يمكن العثور عليها في مغناطيس الثلاجات، مما يبرز إمكانياتها الكبيرة في التطبيقات العملية.

إمكانية تطبيقات جديدة في الرعاية الصحية

تقول فيني غهاي، باحثة في ريوولوجيا ومعالجة المواد اللينة في جامعة شالمر للتكنولوجيا: “هذه هي المرة الأولى التي تُستخدم فيها طريقة تشكيل هالباخ لتوجيه الجرافين في مركب نانوي من البوليمر. الآن بعد أن رأينا النتائج، بالطبع نريد أن تُدخل هذه الألواح الجرافينية في قطاع الرعاية الصحية حتى نتمكن من تقليل عدد العدوى المرتبطة بالرعاية الصحية، وتقليل معاناة المرضى ومكافحة مقاومة المضادات الحيوية”.

إمكانات واسعة في مجالات متعددة

تظهر تقنية التوجيه الجديدة إمكانات كبيرة في مجالات أخرى، مثل البطاريات، والمكثفات الفائقة، وأجهزة الاستشعار، ومواد التعبئة المقاومة للماء. هذه التطبيقات تمثل خطوة مهمة نحو تطوير مواد أكثر فعالية وقوة.

آفاق مستقبلية في تنظيم المواد

ويشير رولاند كادار إلى أن “نظراً لتأثيرها الواسع عبر هذه المجالات، فإن هذه الطريقة تفتح آفاقاً جديدة في تنظيم المواد، مما يوفر أداة قوية للتصميم الناجح وتخصيص الهياكل النانوية التي تحاكي البنى المعقدة الموجودة في الأنظمة الطبيعية”.

تسهم هذه الابتكارات في تعزيز فهمنا لكيفية توجيه المواد واستخدامها بطرق جديدة ومبتكرة، مما يفتح المجال لفرص جديدة في مجالات متعددة.