Forskare vid Rice University och Ben-Gurion University of the Negev (BGU) har upptäckt att laserinducerad grafen (LIG) är ett mycket effektivt antifouling-material och, när elektrifierad, bakterier zapper.

LIG är en svampig version av grafen, enkelatomskiktet av kolatomer. Kemisten James Tours rislab utvecklade det för tre år sedan genom att bränna halvvägs genom ett billigt polyimidark med en laser, som förvandlade ytan till ett gitter av sammankopplade grafenark. Forskarna har sedan dess föreslagit användningsområden för materialet i bärbar elektronik och bränsleceller och för superhydrofoba eller superhydrofila ytor.

Enligt deras rapport i American Chemical Society's ACS tillämpade material och gränssnitt , LIG skyddar även ytor från biofouling, ansamling av mikroorganismer, växter eller annat biologiskt material på våta ytor.

"Denna form av grafen är extremt resistent mot biofilmbildning, som lovar platser som vattenreningsverk, oljeborrningsverksamhet, sjukhus och havsapplikationer som undervattensrör som är känsliga för nedsmutsning, Tour sa. "De antibakteriella egenskaperna när elektricitet används är en stor ytterligare fördel."

När de används som elektroder med en liten pålagd spänning, LIG blir den bakteriella motsvarigheten till en bakgård bugg zapper. Tester utan laddning bekräftade vad som länge har varit känt - att grafenbaserade nanopartiklar har antibakteriella egenskaper. När 1,1 till 2,5 volt applicerades, de mycket ledande LIG-elektroderna "förbättrade kraftigt" dessa egenskaper.

Under mikroskopet, forskarna såg när fluorescensmärkta Pseudomonas aeruginosa-bakterier i en lösning med LIG-elektroder över 1,1 volt drogs mot anoden. Över 1,5 volt, cellerna började försvinna och försvann helt inom 30 sekunder. Vid 2,5 volt, bakterier försvann nästan helt från ytan efter en sekund.

Rislabbet samarbetade med professor Christopher Arnusch, en föreläsare vid BGU Zuckerberg Institute for Water Research som är specialiserad på vattenrening. Arnuschs labb testade LIG-elektroder i en bakterieladdad lösning med 10 procent sekundärt behandlat avloppsvatten och fann att efter nio timmar vid 2,5 volt, 99,9 procent av bakterierna dödades och elektroderna motstod starkt biofilmbildning.

Forskarna misstänker att bakterier kan möta sin död genom en kombination av kontakt med den grova ytan av LIG, den elektriska laddningen och toxiciteten från lokaliserad produktion av väteperoxid. Kontakten kan vara något som ett knä som slår mot trottoaren, men i det här fallet, bakterierna är alla knä och de vassa grafenkanterna förstör snabbt deras membran.

Lyckligtvis, LIG:s antifouling egenskaper hindrar döda bakterier från att samlas på ytan, sa Tour.

"Kombinationen av passiv biofouling-hämning och aktivt spänningsinducerat mikrobiellt avlägsnande kommer sannolikt att göra detta till ett mycket eftertraktat material för att hämma tillväxten av besvärande naturlig förorening som plågar många industrier, " sa Tour.