Tapete de grafeno com espigões usa tecnologia de ímã de geladeira comum para combater a resistência a antibióticos

Com fortes propriedades bactericidas, o grafeno tem o potencial de se tornar um divisor de águas na luta contra bactérias resistentes a antibióticos. Até agora, não houve maneiras eficientes de controlar essas propriedades — e, portanto, nenhuma maneira de fazer uso do potencial do grafeno na assistência médica.

Agora, pesquisadores da Chalmers University of Technology, na Suécia, resolveram o problema usando a mesma tecnologia encontrada em um ímã de geladeira comum. O resultado é uma superfície ultrafina, semelhante à da acupuntura, que pode atuar como um revestimento em cateteres e implantes — matando 99,99% de todas as bactérias em uma superfície.

Infecções associadas a cuidados de saúde são um problema generalizado em todo o mundo, causando grande sofrimento, altos custos de cuidados de saúde e um risco elevado de aumento da resistência a antibióticos. A maioria das infecções ocorre em conexão com o uso de vários produtos de tecnologia médica, como cateteres, próteses de quadril, próteses de joelho e implantes dentários, onde as bactérias conseguem entrar no corpo por meio de uma superfície estranha.

Na Universidade de Tecnologia Chalmers, pesquisadores têm explorado como o grafeno, um material de grafite bidimensional atomicamente fino, pode contribuir para o combate à resistência a antibióticos e infecções na área da saúde.

A equipe de pesquisa já conseguiu mostrar como flocos de grafeno verticalmente posicionados impedem que bactérias se fixem no substrato. Em vez disso, as bactérias são cortadas em pedaços nos flocos afiados e morrem.

“Estamos desenvolvendo um material antibacteriano ultrafino, à base de grafeno, que pode ser aplicado em qualquer superfície, incluindo dispositivos biomédicos, superfícies cirúrgicas e implantes para excluir bactérias.

“Como o grafeno impede que bactérias se fixem fisicamente a uma superfície, ele tem a vantagem adicional de não correr o risco de aumentar a resistência aos antibióticos, ao contrário de outras alternativas químicas, como os antibióticos”, diz Ivan Mijakovic, professor de Biologia de Sistemas na Universidade de Tecnologia Chalmers e um dos autores do estudo publicado recentemente.

Mata 99,99% das bactérias em uma superfície

No entanto, os pesquisadores têm enfrentado um desafio. Embora suas propriedades bactericidas possam ser demonstradas em laboratório, os pesquisadores ainda não conseguiram controlar a direção da orientação dos flocos de grafeno — e, subsequentemente, não conseguiram aplicar o material em superfícies usadas em dispositivos médicos usados ​​em assistência médica.

Até agora, as propriedades bactericidas do grafeno só puderam ser controladas em uma direção específica: a direção do fluxo do processo de fabricação. Mas agora os pesquisadores da Chalmers tiveram um avanço promissor para uma aplicação prática em assistência médica — e além.

“Conseguimos encontrar uma maneira de controlar os efeitos do grafeno praticamente em várias direções diferentes e com um nível muito alto de uniformidade da orientação. Este novo método de orientação torna possível integrar nanoplacas de grafeno em superfícies plásticas médicas e obter uma superfície antibacteriana que mata 99,99% das bactérias que tentam se fixar.

“Isso abre caminho para uma flexibilidade significativamente maior quando você deseja fabricar dispositivos médicos que matam bactérias usando grafeno”, diz Roland Kádár, professor de Reologia na Universidade de Tecnologia Chalmers.

Eficiência sem precedentes no controle de campos magnéticos

Ao organizar os ímãs de terra em um padrão circular, fazendo com que o campo magnético dentro do conjunto se organizasse em uma direção reta, os pesquisadores conseguiram induzir uma orientação uniforme do grafeno e alcançar um efeito bactericida muito alto em superfícies de qualquer formato.

O método, publicado em Materiais Funcionais Avançadosé chamado de “matriz Halbach” e significa que o campo magnético dentro da matriz magnética é fortalecido e uniforme enquanto é enfraquecido do outro lado, permitindo uma forte orientação unidirecional do grafeno. A tecnologia é semelhante à que você encontraria em um ímã de geladeira.

“Esta é a primeira vez que o método de matriz de Halbach foi usado para orientar o grafeno em um nanocompósito de polímero. Agora que vimos os resultados, é claro que queremos que essas placas de grafeno sejam introduzidas no setor de assistência médica para que possamos reduzir o número de infecções relacionadas à assistência médica, reduzir o sofrimento dos pacientes e neutralizar a resistência a antibióticos”, diz Viney Ghai, pesquisador em Reologia e Processamento de Matéria Mole na Chalmers University of Technology.

A nova tecnologia de orientação mostra potencial significativo em outras áreas, por exemplo, em baterias, supercapacitores, sensores e materiais de embalagem duráveis ​​e resistentes à água.

“Dado seu amplo impacto nessas áreas, esse método realmente abre novos horizontes no alinhamento de materiais, fornecendo uma ferramenta poderosa para o design e a personalização bem-sucedidos de nanoestruturas que biomimetizam as arquiteturas complexas encontradas em sistemas naturais”, diz Kádár.