中國儲能網訊：7月8日，國際納米科技領域的頂級期刊《自然?納米科技》在線發(fā)布了一項由我國浙江大學軟物質科學研究中心思源講座教授周如鴻領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)療領域的應用提供了一定的理論基礎。
近年來，中國科研人員發(fā)現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思源講座教授、IBM沃森研究中心高級研究員、哥倫比亞大學兼職教授，他聯合上海大學、中科院上海應用物理研究所、IBM沃森研究中心、浙江大學等單位的研究人員，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成的單層片狀結構的新材料，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，以其獨特的結構、力學和電子性質，在藥物投遞、腫瘤治療等生物納米技術領域有著廣泛的應用前景。
石墨烯一直被認為是假設性的結構，無法單獨穩(wěn)定存在，直至2004年，英國曼徹斯特大學物理學家安德烈?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合電子顯微鏡技術發(fā)現，當石墨烯接觸到細菌的細胞膜后，能誘導細菌細胞膜上的磷脂分子脫離細胞膜并轉移到上石墨烯表面。
因此，研究人員基于分子動力學模擬的理論分析揭示出，石墨烯獨特的二維結構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，內含豐富的血清蛋白，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，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測與實驗驗證相結合的方式，為進一步開發(fā)沒有耐藥性的抗生素提供了極其關鍵的分子機制，同時也為設計具有更好生物兼容性的石墨烯提供了理論基礎。因此，研究人員已經開始測試“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。
