Grafiet nanoplaatjes op medische apparaten doden bacteriën en voorkomen infecties

De resultaten zijn gepubliceerd in het tijdschrift Small.

Elk jaar worden volgens het Europees Centrum voor ziektepreventie en -bestrijding (ECDC) meer dan vier miljoen mensen in Europa getroffen door infecties die zijn opgelopen tijdens gezondheidszorgprocedures. Veel hiervan zijn bacteriële infecties die zich ontwikkelen rond medische apparaten en implantaten in het lichaam, zoals katheters, heup- en knieprothesen of tandheelkundige implantaten. In het ergste geval moeten implantaten worden verwijderd.

Dergelijke bacteriële infecties kunnen veel leed veroorzaken bij patiënten en de gezondheidszorg enorm veel tijd en geld kosten. Bovendien worden momenteel grote hoeveelheden antibiotica gebruikt om dergelijke infecties te behandelen en te voorkomen, wat meer geld kost en de ontwikkeling van antibioticaresistentie versnelt.

Infecties op implantaten worden veroorzaakt door bacteriën die door het lichaam reizen in vloeistoffen zoals bloed, op zoek naar een oppervlak om zich aan te hechten. Wanneer ze op een geschikt oppervlak landen, beginnen ze zich te vermenigvuldigen en vormen ze een biofilm – een bacteriële coating.

Eerdere studies van de Chalmers-onderzoekers lieten zien hoe verticale grafeenschilfers, geplaatst op het oppervlak van een implantaat, een beschermende coating kunnen vormen, waardoor bacteriën zich niet kunnen hechten, zoals spikes op gebouwen die zijn ontworpen om te voorkomen dat vogels nestelen. De grafeenvlokken beschadigen het celmembraan en doden de bacteriën. Maar het produceren van deze grafeenvlokken is duur en momenteel niet haalbaar voor grootschalige productie.

"Maar nu hebben we dezelfde effecten bereikt met relatief goedkope grafiet-nanoplaatjes, vermengd met een zeer veelzijdig polymeer", zegt Roland Kádár, universitair hoofddocent bij de afdeling Industriële en Materiaalwetenschappen. "Het polymeer, of plastic, is niet inherent compatibel met de grafiet plaatjes, maar we zijn er met standaard plastic fabricagetechnieken in geslaagd de microstructuur van het materiaal aan te passen om het gewenste effect te bereiken."

De onderzoekers experimenteerden met verschillende concentraties. Een samenstelling van ongeveer 15-20 procent grafiet-nanoplaatjes had het grootste antibacteriële effect – mits de morfologie zeer gestructureerd is. "Net als in de vorige studie is de doorslaggevende factor het correct oriënteren en verdelen van de plaatjes. Ze moeten heel precies worden gerangschikt om een maximaal effect te bereiken", zegt Kádár.