Upptäckten av grafen har väckt mycket spänning till nanotekniksamhället. Mycket av denna spänning beror på möjligheten att härleda grafenbaserade material med tillämpningar inom elektronik, energilagring, avkännings- och biomedicinska apparater. Trots potentialen, dock, det finns en verklig oro för att grafenbaserade material kan ha skadliga effekter på människors hälsa och den naturliga miljön.

En särskilt intressant aspekt av detta ämne är de toxiska effekterna av grafenbaserade material på bakteriernas mikroskopiska värld. Av just denna anledning, Jun Wei vid A*STAR Singapore Institute of Manufacturing Technology och hans medarbetare har nu jämfört den antibakteriella aktiviteten hos grafit, grafitoxid, grafenoxid och reducerad grafenoxid med hjälp av modellbakterien Escherichia coli. De visade att de två grafenbaserade materialen dödar betydligt fler bakterier än två grafitbaserade material - med grafenoxid som bäst presterande.

Intressant, grafenoxidpartiklar var de minsta av alla fyra grafenmaterial mätt med dynamisk ljusspridning. Wei och medarbetare tror att partiklar av reducerad grafenoxid var större eftersom de aggregerade både i sidled och i tre dimensioner.

Faktiskt, storleken på partiklarna kan mycket väl vara nyckeln till varför grafenoxid är så dödligt för bakterier. När forskarna studerade de drabbade cellerna med svepelektronmikroskopi, de såg att de flesta av E.coli-cellerna var individuellt lindade med lager av grafenoxid. I kontrast, E. coli-celler var vanligtvis inbäddade i de större reducerade grafenoxidaggregaten (se bild). En liknande cellfångande mekanism var i drift i de grafitbaserade materialen.

Så varför dödar cellinpackning fler celler än cellinfångning? Forskarna tror att cellytans direktkontakt med grafen orsakar membranspänning och oåterkalleliga skador.

Wei och medarbetare undersökte också kemiska mekanismer genom vilka materialen kunde störa och döda bakterier. De fann att oxidationen av glutation, en viktig cellulär antioxidant, inträffade vid exponering för grafit och reducerad grafenoxid. "Det kan vara så att dessa strukturer fungerar som ledande broar som extraherar elektroner från glutationmolekyler och släpper ut dem i den yttre miljön, säger Wei.

Spännande nog, medan effekten av de membranstörande mekanismerna dör bort efter fyra timmars inkubation, oxidationsmekanismen visar endast mindre förändringar.

"Med den kunskap som erhållits i denna studie, vi föreställer oss att fysikalisk-kemiska egenskaper hos grafenbaserade material, såsom tätheten av funktionella grupper, storlek och konduktivitet kan skräddarsys bättre för att antingen minska miljörisker eller öka användningspotentialen, säger Wei.