VedecZoran Markovic
Názov projektuAntibakteriálne polymérne nanokompozity na báze grafénu
Hostiteľská organizáciaÚstav polymérov SAV
Dĺžka projektu01.12.2015 - 30.11.2018

Abstrakt
Mikrobiálne biofilmy sú všadeprítomné v prírode a môžu sa vytvárať na širokej škále povrchov vrátane živých tkanív, zdravotníckych pomôcok, vodných potrubiach, alebo prírodných vodných systémov. Takéto mikrobiálne agregáty predstavujú potenciálne zdroje patogénov. Odhaduje sa, že väčšina bakteriálnych infekcií u človeka sú korelované s biofilmami a asi 50% z infekcií je spojených so zdravotníckymi pomôckami počas zdravotnej starostlivosti. Antimikrobiálne povrchy sa preto navrhujú tak, aby buď odrážali mikróby alebo ich zabíjali pri kontakte s nimi. Nedávne štúdie jasne preukázali antibakteriálny potenciál grafénu a grafénových kvantových bodiek (GQD). Grafén aj GQD sú jedno-atómovo hrubé uhlíkové platničky s hexagonálnou štruktúrou. Antibakteriálna účinnosť grafénových filmu pochádza z interakcie prenosu elektrónov z mikrobiálneho membrány na grafén. Grafén je schopný konvertovať blízke infračervené žiarenie na teplo, ktoré je dostatočné pre zabíjanie mikroorganizmov. Polovodivá GQD je zase účinný generátor singletového kyslíka v prítomnosti zdroja svetla. Projekt má dva ciele 1) výroba antibakteriálnych, vysoko vodivých, priehľadných grafénových filmov pevne viazaných na polymérnych substrátoch a 2), výroba antibakteriálnych, vysoko vodivých polymérnych nanokompozitov s prídavkom grafénu a GQD s optimalizovanou morfológiou povrchu, ktorý bude odpudzovať a zároveň zabíjať rôzne typy mikróbov. Tieto ciele sa dosiahnu pomocou nasledujúcich činností: 1) výroba vysoko kvalitných grafénov a dopovaných GQD, 2) depozícia a modifikácia grafénových filmov na tuhých alebo pružných polymérnych substrátoch, 3) výroba vysoko vodivých polymérnych nanokompozitov dopovaných grafénom alebo GQD a ich povrchové úpravy, a 4) antibakteriálne testovanie získaných filmov a nanokompozitov. Tento projekt poskytne inovatívne nízkonákladové antibakteriálne a zároveň vysoko vodivé polymérne nanokompozity na báze grafénu s mnohými aplikáciami, ktoré môžu pôsobiť oveľa lepšie ako striebro v komerčných antibakteriálnych prípravkoch.

Zhrnutie projektu s priebežnými výsledkami

Výsledný cieľ projektu je vyvinuť lacnu a veľkoplošnu základnu technologiu výroby antibakteriálnyh polymérov na báze grafénu.Mílnikom projektu na prvý rok bola výroba a charakterizácia koloidov grafénu a grafénových kvantových bodiek. Podarilo sa získať sa vo vode rozpustný grafén s aspektným pomerom väčším ako 10000. Zároveň sa pripravili hydrofóbne uhlíkové kvantové bodky (hCQD) so schopnosťou produkovať reaktívny kyslík. Tieto hCQD sú miešateľné v rôznych polyméroch.

Za účelom získania týchto materiálov sa vykonali nasledovné činnosti:

  1. Výroba koloidov elektro-chemicky exfoliovaného grafénu
  2. Elektro-chemická exfoliácia grafénu v prítomnosti kurkumínu
  3. Výroba koloidov hydrofilných a hydrofóbnych uhlíkových / grafénových kvantových bodiek rozpustných vo vode, chloroforme a toluéne
  4. Charakterizácia pripravených koloidov nasledovnými metódami: AFM , SEM , TEM, XPS, FTIR, Raman, EPR, UV-VIS, Fluorescencia, XRD
  5. Stanovenie antibakteriálnej účinnosti koloidov grafénu
  6. Analýza výsledkov, písanie článkov a konferenčných príspevkov
  7. Písanie patentovej prihlášky Metódy výroby nanomateriálov s antibakteriálnymi účinkami a ich použitie v medicíne

 

Hlavné výsledky za rok 2016:

  1. Koloidy elektro-chemicky exfoliovaného grafénu nemajú významné antibakteriálne účinky
  2. Výroba koloidov grafénu funkcionalizovaného kurkumínom. Tento materiál sa javí ako extrémne antibakteriálne účinný.
  3. Výroba polymérnych kompozitov s hCQD. Takéto kompozity pôsobia ako mierne fotodynamické antibakteriálne činidlá.

Na základe dosiahnutých výsledkov sa získali podklady pre vývoj vysoko účinných antibakteriálnych fotodynamických grafén - polymérnych kompozitov.

O tomto výskume bol publikovaný článok na webe SAV (http://www.sav.sk/index.php?lang=sk&doc=services-news&source_no=20&news_no=6484). Článok má viac než 1400 prečítaní a bol prevzatý niekoľkými novinami/časopismi a TV stanicami.

Adresa projektu na verejne prístupnej internetovej stránke: https://www.researchgate.net/project/SASPRO-ANTIBACTERIAL-GRAPHENE-POLYMER-NANOCOMPOSITE.