Открытие графена было встречено нанотехнологами с необычайным воодушевлением, в основном благодаря возможности создания новых материалов, способных, по мысли многих учёных, обеспечить революционное развитие электроники и биомедицины.

Одновременно появилось немало опасений, связанных с предположениями о возможном вредном воздействии графеновых материалов на здоровье человека и окружающую среду.

Более всего исследователей интересовал вопрос о токсичности графеновых материалов применительно к микромиру бактерий.

Для прояснения ситуации в Институте промышленных технологий (Сингапур) было проведено сравнение антибактериальной активности графита, оксида графита (тот же графит, поверхность которого окислена действием смеси сильных кислот), оксида графена (полупродукта стандартного метода получения графена) и восстановленного оксида графена при действии на кишечную палочку. Оказалось, что

оба графеновых материала убили куда больше бактерий, чем материалы на основе классического графита, причём оксид графена оказался явным претендентом на первый приз. Стоит отметить также, что частицы оксида графена имели наименьший размер (больший размер частиц восстановленного графена, скорее всего, объясняется более высокой степенью агрегации отдельных чешуек), что выяснилось с помощью метода динамического рассеяния света.

Рис. 1. Слева — оксид графена убивает кишечную палочку, обернувшись вокруг неё. Справа — восстановленный оксид графена делает то же самое, захватывая бактерии растущими агрегатами. (Микрофото ACS).

К сожалению, из-за разности в свойствах поверхности, агрегатном состоянии и даже размерности элементарных частиц, составляющих большие агрегаты, сделать какие-либо однозначные выводы о превалировании единственного фактора не получится (а ведь можно рассмотреть и комбинации различных факторов). Однако…

Однако, по мнению учёных, именно малый размер частиц оксида графена может оказаться тем главным показателем, который и обеспечивает бактериальную смертоносность. Изучив с помощью сканирующей электронной микроскопии последствия применения названных материалов против бактерий, авторы работы обнаружили, что отдельные клетки кишечной палочки были буквально обёрнуты слоями оксида графена. При этом в случае восстановленного оксида графена клетки кишечной палочки были встроены в структуру разросшихся агрегатов (см. микрофотографию). Тот же механизм захвата клеток агрегатами характерен и для графитовых материалов.

Почему же индивидуальное обёртывание убивает больше бактерий, чем захват клеток агрегатами? Учёные всерьёз полагают, что прямой контакт поверхности клетки с графеном вызывает стресс клеточной мембраны, приводящий к необратимым повреждениям… Это никак нельзя назвать объяснением: какой стресс, почему углерод его вызывает, почему контакт при обматывании лучше, чем при встраивании? Это всё равно что сказать: солнце греет, потому что светится; доля истины в этом есть, но разве это действительно что-то объясняет? Скорее можно сделать предположение о различной активности материалов в пересчёте на грамм, и тогда всё становится на свои места. Можно также предположить, что химические свойства поверхности оксида графена играют немаловажную роль: вместе с большей эффективностью «обмотки» (в том числе на грамм материала) это может давать значительный кумулятивный эффект. Но всё это лишь предположения…

Кроме того, сингапурцы попытались изучить химические механизмы, которые могли быть задействованы при уничтожении бактерий. Как оказалось, в случае кишечной палочки при контакте клеточной мембраны с поверхностью графита и восстановленного оксида графена происходит окисление глютатиона (важного клеточного антиоксиданта). По мнению исследователей, существует определённая вероятность, что эти структуры служат своеобразными проводящими мостиками, которые снимают электроны с молекул глютатиона и передают их в окружающую среду (в ней всегда найдётся окислитель). По-видимому, нам следует сделать вывод о том, что окисление естественного антиоксиданта резко снижает естественную жизнеспособность бактерий.

А что в сухом остатке? Да то же самое. Нам ещё раз наглядно продемонстрировали, что наноматериалы даже на основе «безобидного» углерода могут таить в себе немало неожиданных опасностей для живых клеток, то есть и для нас с вами, и для всей окружающей среды. Ещё раз повторили, что нельзя устанавливать «наноуглеродные ”фильтры” Петрика» в детских садах по указке коррупционеров-у-власти, не зная точно, как попавшие в воду наночастицы поведут себя внутри организма.

Отчёт о проделанной работе читайте в журнале ACS Nano.