As universidades de Rice e Ben Gurion descobriram que o grafeno induzido por laser mata bactérias e resiste ao biofouling
Cientistas na Rice University e na Ben-Gurion University of the Negev (BGU) descobriram que o grafeno induzido por laser (LIG) é um material anti-fouling altamente efetivo e, quando eletrificado, um eliminador de bactérias.
O LIG é uma versão esponjosa do grafeno, a camada extremamente fina (um átomo) de átomos de carbono. O laboratório do químico James Tour em Rice o desenvolveu há três anos atrás queimando parcialmente uma folha barata de poliimida com laser, o que transformou a superfície em uma rede de folhas de grafeno interconectadas. Desde então os pesquisadores sugeriram usos para o material em eletrônicos wearable e células de combustível e para superfícies super-hidrofóbicas e super-hidrofílicas.
De acordo com o paper publicado na ACS Applied Materials and Interfaces da American Chemical Society, o LIG também protege as superfícies do biofouling, o acúmulo de microorganismos, plantas e outros materiais biológicos em superfícies molhadas.
“Essa forma do grafeno é extremamente resistente à formação de biofilme, o que é uma promessa para locais como estações de tratamento de água, operações de perfuração de petróleo, hospitais e aplicações oceânicas como tubulações submersas que são sensíveis ao fouling”, disse Tour. “As qualidades antibacterianas quando é aplicada eletricidade é um grande benefício adicional”.
Quando usado como eletrodo, com uma pequena tensão aplicada, o LIG se transforma no equivalente bacteriano do inseticida. Testes sem carga confirmaram o que é há muito conhecido – que nanopartículas de grafeno têm propriedades antibacterianas. Quando é aplicada uma carga de 1,1 a 2,5 volts, os eletrodos LIG altamente condutores “melhoram muito” essas propriedades.
Neste vídeo em tempo real, bactérias Pseudomonas aeruginosa, marcadas com proteína verde fluorescente, que aparecem como pontos brilhantes, são puxadas para um anodo de grafeno induzido por laser, aonde elas morrem. O anodo no topo, que está separado do catodo por um canal de 100 micra, leva uma pequena tensão que aumenta suas propriedades anti-bacterianas.
Sob o microscópio, os pesquisadores assistiram bactérias Pseudomonas aeruginosa, marcadas fluorescentemente, em uma solução com eletrodos LIG acima de 1,1 volt serem puxadas em direção ao anodo. Acima de 1,5 volt, as células começam a desaparecer e somem completamente dentro de 30 segundos. A 2,5 volts, as bactérias desaparecem quase completamente da superfície após um segundo.
Na fileira superior, o crescimento de biofilmes em superfícies com uma solução contendo Pseudomonas aeruginosa é observada em, da esquerda para a direita, superfícies de poliimida, grafite e grafeno induzido por laser (LIG). Verde, vermelho e azul representam bactérias vivas, bactérias mortas e substâncias poliméricas extracelulares, respectivamente. Embaixo, uma folha de poliimida queimada no lado esquerdo para criar LIG, mostra o grafeno praticamente livre de crescimento.
Parceria
O laboratório de Rice estabeleceu uma parceria com o professor Christopher Arnusch, um professor no Zuckerberg Institute for Water Research da BGU, que é especialista em tratamento de água. O laboratório de Arnusch testou os eletrodos LIG em uma solução carregada de bactérias com 10 porcento de efluente com tratamento secundário e descobriu que após nove horas a 2,5 volts, 99,9 porcento das bactérias foram mortas e os eletrodos resistiram fortemente à formação de biofilme.
Os pesquisadores suspeitam que as bactérias podem encontrar a morte por uma combinação de contato com a superfície áspera do LIG, carga elétrica e toxicidade a partir da produção localizada de peróxido de hidrogênio. O contato pode ser como um joelho batendo no chão, porém, neste caso, as bactérias são todas joelho e as extremidades afiadas do grafeno rapidamente destroem suas membranas.
Felizmente, as propriedades antifouling do LIG previnem o acúmulo de bactérias mortas na superfície, disse Tour.
“A combinação da inibição passiva do biofouling e da remoção ativa de micróbios por tensão induzida vão provavelmente fazer desse um material altamente procurado para inibir o crescimento do problemático fouling natural, que é uma praga em muitas indústrias”, disse Tour.
Swatantra Singh, um bolsista do pós-doutorado na BGU, e Yilun Li, um estudante da pós-graduação em Rice, são os autores principais do paper. Os co-autores são Avraham Be’er, um professor sênior, e Yoram Oren, um professor emérito, ambos da BGU. Tour é o T.T. and W.F. Chao Chair em Química além de professor de ciências da computação e ciência dos materiais e nanoengenharia em Rice.
A pesquisa foi apoiada pela United States−Israel Binational Science Foundation, the Canadian Associates of Ben-Gurion University of the Negev Quebec Region, the Israel Science Foundation, the Air Force Office of Scientific Research e sua Multidisciplinary University Research Initiative.
Fonte: Rice University, adaptado por Portal Tratamento de Água – www.tratamentodeagua.com.br