Doté de fortes propriétés bactéricides, le graphène a le potentiel de changer la donne dans la lutte contre les bactéries résistantes aux antibiotiques. Jusqu'à présent, il n'existait aucun moyen efficace de contrôler ces propriétés – et donc aucun moyen d'exploiter le potentiel du graphène dans le domaine de la santé. Aujourd'hui, des chercheurs de l'Université de technologie Chalmers, en Suède, ont résolu le problème en utilisant la même technologie que celle utilisée dans un aimant de réfrigérateur ordinaire. Le résultat est une surface ultra-mince semblable à celle de l'acupuncture qui peut servir de revêtement sur les cathéters et les implants – tuant 99,99 % de toutes les bactéries présentes sur une surface.
Les infections associées aux soins de santé sont un problème répandu dans le monde entier, provoquant de grandes souffrances, des coûts de santé élevés et un risque accru de résistance accrue aux antibiotiques. La plupart des infections surviennent en relation avec l'utilisation de divers produits de technologie médicale tels que les cathéters, les prothèses de hanche, les prothèses de genou et les implants dentaires, où les bactéries peuvent pénétrer dans le corps via une surface étrangère. À l'Université de technologie Chalmers, les chercheurs étudient comment le graphène, un matériau en graphite bidimensionnel d'une finesse atomique, peut contribuer à la lutte contre la résistance aux antibiotiques et les infections dans les soins de santé. L'équipe de recherche a déjà pu montrer comment des paillettes de graphène placées verticalement empêchent les bactéries de se fixer au substrat. Au lieu de cela, les bactéries sont coupées en morceaux sur les paillettes tranchantes comme des rasoirs et meurent.
Nous développons un matériau antibactérien ultra-mince à base de graphène qui peut être appliqué sur n'importe quelle surface, y compris les dispositifs biomédicaux, les surfaces chirurgicales et les implants pour exclure les bactéries. Étant donné que le graphène empêche les bactéries de se fixer physiquement à une surface, il présente l'avantage supplémentaire de ne pas risquer d'augmenter la résistance aux antibiotiques, contrairement à d'autres alternatives chimiques, comme les antibiotiques.
Ivan Mijakovic, professeur de biologie des systèmes à l'Université de technologie Chalmers et l'un des auteurs de l'étude récemment publiée
Tue 99,99 % des bactéries présentes sur une surface
Les chercheurs ont toutefois été confrontés à un défi. Bien que les propriétés bactéricides du graphène aient pu être démontrées en laboratoire, les chercheurs n’ont pas encore réussi à contrôler la direction d’orientation des paillettes de graphène et n’ont donc pas pu appliquer le matériau sur les surfaces utilisées dans les dispositifs médicaux utilisés dans le domaine de la santé. Jusqu’à présent, les propriétés bactéricides du graphène n’ont pu être contrôlées que dans une seule direction : le sens d’écoulement du processus de fabrication. Mais les chercheurs de Chalmers ont désormais réalisé une percée prometteuse pour une application pratique dans le domaine de la santé – et au-delà.
« Nous avons réussi à trouver un moyen de contrôler les effets du graphène pratiquement dans plusieurs directions différentes et avec un très haut niveau d'uniformité de l'orientation. Cette nouvelle méthode d'orientation permet d'intégrer des nanoplaques de graphène dans des surfaces en plastique médical et d'obtenir une surface antibactérienne qui tue 99,99 % des bactéries qui tentent de s'y fixer. Cela ouvre la voie à une flexibilité nettement plus grande lorsque l'on souhaite fabriquer des dispositifs médicaux antibactériens à l'aide de graphène », explique Roland Kádár, professeur de rhéologie à l'université de technologie Chalmers.
Une efficacité sans précédent grâce au contrôle des champs magnétiques
En disposant les aimants terrestres selon un motif circulaire, ce qui permet au champ magnétique à l'intérieur du réseau de s'organiser dans une direction rectiligne, les chercheurs ont pu induire une orientation uniforme du graphène et atteindre un effet bactéricide très élevé sur des surfaces de toute forme.
La méthode, publiée dans Advanced Functional Materials, est appelée « réseau Halbach » et signifie que le champ magnétique à l'intérieur du réseau d'aimants est renforcé et uniforme tandis qu'il est affaibli de l'autre côté, ce qui permet une forte orientation unidirectionnelle du graphène. La technologie est similaire à celle que l'on trouve dans un aimant de réfrigérateur.
« C'est la première fois que la méthode Halbach array est utilisée pour orienter le graphène dans un nanocomposite polymère. Maintenant que nous avons vu les résultats, nous souhaitons bien sûr que ces plaques de graphène soient introduites dans le secteur de la santé afin de réduire le nombre d'infections liées aux soins de santé, de réduire la souffrance des patients et de lutter contre la résistance aux antibiotiques », explique Viney Ghai, chercheur en rhéologie et traitement de la matière molle à l'université de technologie Chalmers.
La nouvelle technologie d’orientation présente un potentiel important dans d’autres domaines, par exemple dans les batteries, les supercondensateurs, les capteurs et les matériaux d’emballage durables et résistants à l’eau.
« Compte tenu de son large impact dans ces domaines, cette méthode ouvre véritablement de nouveaux horizons en matière d'alignement des matériaux, fournissant un outil puissant pour la conception et la personnalisation réussies de nanostructures qui bioimitent les architectures complexes trouvées dans les systèmes naturels », explique Roland Kádár.
