La découverte du graphène a suscité beaucoup d'enthousiasme dans la communauté des nanotechnologies. Une grande partie de cet enthousiasme est due à la possibilité de dériver des matériaux à base de graphène avec des applications en électronique, stockage d'Energie, dispositifs de détection et biomédicaux. Malgré le potentiel, cependant, il existe une réelle inquiétude que les matériaux à base de graphène puissent avoir des effets délétères sur la santé humaine et l'environnement naturel.

Un aspect particulièrement intéressant de ce sujet concerne les effets toxiques des matériaux à base de graphène sur le monde microscopique des bactéries. Pour cette raison même, Jun Wei de l'A*STAR Singapore Institute of Manufacturing Technology et ses collègues ont maintenant comparé l'activité antibactérienne du graphite, oxyde de graphite, oxyde de graphène et oxyde de graphène réduit en utilisant la bactérie modèle Escherichia coli. Ils ont montré que les deux matériaux à base de graphène tuent nettement plus de bactéries que deux matériaux à base de graphite, l'oxyde de graphène étant le plus performant.

De façon intéressante, les particules d'oxyde de graphène étaient les plus petites des quatre matériaux de graphène mesurés par diffusion dynamique de la lumière. Wei et ses collègues pensent que les particules d'oxyde de graphène réduit étaient plus grosses car elles se sont agrégées à la fois latéralement et en trois dimensions.

En réalité, la taille des particules pourrait bien expliquer pourquoi l'oxyde de graphène est si mortel pour les bactéries. Lorsque les chercheurs ont étudié les cellules affectées en utilisant la microscopie électronique à balayage, ils ont vu que la plupart des cellules d'E.coli étaient enveloppées individuellement par des couches d'oxyde de graphène. En revanche, Les cellules d'E. coli étaient généralement incorporées dans les plus gros agrégats d'oxyde de graphène réduit (voir image). Un mécanisme similaire de piégeage des cellules était opérationnel dans les matériaux à base de graphite.

Alors pourquoi l'enveloppement des cellules tue-t-il plus de cellules que le piégeage des cellules ? Les chercheurs pensent que le contact direct de la surface cellulaire avec le graphène provoque un stress membranaire et des dommages irréversibles.

Wei et ses collègues ont également étudié les mécanismes chimiques par lesquels les matériaux pourraient perturber et tuer les bactéries. Ils ont découvert que l'oxydation du glutathion, un antioxydant cellulaire important, s'est produite lors de l'exposition au graphite et à l'oxyde de graphène réduit. "Il se pourrait que ces structures agissent comme des ponts conducteurs extrayant les électrons des molécules de glutathion et les libérant dans l'environnement extérieur, " dit Wei.

Curieusement, tandis que l'effet des mécanismes de rupture membranaire s'estompe après quatre heures d'incubation, le mécanisme d'oxydation ne montre que des changements mineurs.

« Avec les connaissances acquises dans cette étude, nous envisageons que les propriétés physico-chimiques des matériaux à base de graphène, comme la densité de groupes fonctionnels, la taille et la conductivité peuvent être mieux adaptées pour réduire les risques environnementaux ou augmenter le potentiel d'application, " dit Wei.