המנגנון האנטיבקטריאלי והיישום של גרפן

חלל הפה הוא מיקרו-מערכת מורכבת עם למעלה מ-23,000 מינים של חיידקים המתיישבים אותו.במצבים מסוימים, חיידקים אלו יכולים לגרום ישירות למחלות פה ואף להשפיע על הבריאות הכללית. עם זאת, השימוש באנטיביוטיקה מציג בעיות שונות, לרבות פירוק מהיר של תרופות, שחרור ופיתוח עמידות לאנטיביוטיקה. בשנים האחרונות, התמקדות המחקר עברה לפיתוח חומרים מרוכבים בעלי תכונות אנטי-מיקרוביאליות מצוינות באמצעות ננו-חומרים. כיום, נעשה שימוש נפוץ בשוק בחומרים אנטי-בקטריאליים מבוססי-ננו-כסף וחומרים אנטיבקטריאליים על בסיס גרפן.במאמר זה, נציג את המנגנון האנטיבקטריאלי של גרפן ויישום בתעשיית מברשות השיניים.

 

גרפן הוא ננו-חומר פחמן דו מימדי המורכב מאטומי פחמן המסודרים בסריג משושה עם אורביטלים הכלאיים sp2.הנגזרות שלו כוללות גרפן (G), תחמוצת גרפן (GO) ותחמוצת גרפן מופחתת (rGO). יש להם מבנים כימיים תלת-ממדיים ייחודיים על פני השטח ומבני קצה פיזיים חדים. מחקר הוכיח את התכונות האנטי-בקטריאליות המצטיינות ואת התאימות הביולוגית של גרפן, כמו גם את נגזרותיו. יתר על כן, הם משמשים כנשאים אידיאליים עבור חומרים אנטי-מיקרוביאליים, מה שהופך אותם למבטיחים ביותר עבור יישומים שונים בתחומים אנטי-מיקרוביאליים דרך הפה.

היתרונות שלחומרים אנטיבקטריאליים של גרפן

1. בטיחות וידידותיות לסביבה, לא רעיל: שימוש ממושך בננו-כסף עלול להעלות חששות בטיחותיים בשלהצטברות והגירה פוטנציאלית. ריכוזים גבוהים של כסף עלולים להזיק מאוד לבני אדם ויונקים, מכיוון שהוא עלול לחדור למיטוכונדריה, לעוברים, לכבד, למערכות הדם ולחלקים אחרים בגוף דרך הנשימה. מחקרים הצביעו על כך שחלקיקי ננו-כסף מפגינים רעילות חזקה יותר בהשוואה לננו-חלקיקי מתכת אחרים כגון אלומיניום וזהב. כתוצאה מכך, האיחוד האירופי שומר על עמדה זהירה לגבי היישום של חומרים אנטי-מיקרוביאליים ננו-כסף.לעומת זאת, חומרים אנטי-מיקרוביאליים מבוססי גרפן משתמשים במספר מנגנוני עיקור פיזיים סינרגטיים, כגון "סכינים ננו". הם יכולים להרוס לחלוטין ולעכב צמיחת חיידקיםללא כל רעילות כימית. חומרים אלה משתלבים בצורה חלקה עם חומרים פולימריים, על מנת להבטיחללא ניתוק או הגירה חומרית. הבטיחות והיציבות של חומרים מבוססי גרפן מובטחות היטב. לדוגמה, ביישומי מוצרים מעשיים, סרטים/שקיות לשימור מזון מבוססי גרפן PE (פוליאתילן) קיבלו אישור לתאימות בדרגת מזון לפי תקנה (EU) 2020/1245 באיחוד האירופי.
2. יציבות לטווח ארוך: חומרים מבוססי גרפן מפגינים יציבות ועמידות מעולים, מספקיםהשפעה אנטי-מיקרוביאלית לאורך זמן מעל 10 שנים. זה מבטיח שהתכונות האנטי-מיקרוביאליות שלהם יישארו יעילות לאורך תקופות שימוש ממושכות, מה שהופך אותן למתאימים ליישומים ארוכי טווח במוצרי היגיינת הפה.
3. תאימות ביולוגית ובטיחות:גרפן, כחומר דו מימדי מבוסס פחמן, מפגין תאימות ביולוגית ובטיחות מצוינים. זה תואם למגוון חומרים המבוססים על שרף וניתן להשתמש בו בבטחה במוצרי טיפוח הפה מבלי לגרום להשפעות שליליות על רקמות הפה או הבריאות הכללית.
4. פעילות בספקטרום רחב:חומרים המבוססים על גרפן מציגים פעילות אנטי-מיקרוביאלית רחבת טווח,מסוגל לכוון למגוון רחב של חיידקים, כולל זנים גראם חיוביים וגם גראם שליליים. הם הראושיעור אנטיבקטריאלי של 99.9%נגד Escherichia coli, Staphylococcus aureus וקנדידה אלביקנס. זה הופך אותם לרב-תכליתיים וישימים במצבים שונים של בריאות הפה.

 

המנגנון האנטיבקטריאלי של הגרפן הוא כדלקמן:

המנגנון האנטיבקטריאלי של גרפןנחקר בהרחבה על ידי צוות שיתופי בינלאומי. כולל החוקרים מהאקדמיה הסינית למדעים, מרכז המחקר של יבמ ווטסון ואוניברסיטת קולומביה. הם עשו התקדמות משמעותית בחקר המנגנונים המולקולריים של האינטראקציה בין גרפן לממברנות תאי חיידקים. מאמרים אחרונים בנושא זה פורסמו בכתב העת "Nature Nanotechnology".

על פי המחקר של הצוות, לגרפן יש יכולת לשבש את ממברנות תאי החיידקים, מה שמוביל לדליפה של חומרים תוך תאיים ולמוות חיידקים. גילוי זה מצביע על כך שגרפן עשוי לשמש כ"אנטיביוטיקה פיזית לא עמידה". המחקר מגלה עוד שגרפן לא רק מחדיר את עצמו לתוך ממברנות תאי חיידקים, וגורם לחתכים, אלא גם מחלץ מולקולות פוספוליפיד ישירות מהממברנה, ובכך משבש את מבנה הממברנה והורג חיידקים. ניסויים במיקרוסקופ אלקטרונים סיפקו עדות ישירה למבנים ריקניים נרחבים בממברנות תאי חיידקים לאחר אינטראקציה עם גרפן מחומצן, התומכים בחישובים התיאורטיים. תופעה זו של מיצוי מולקולות שומנים ושיבוש ממברנות מציעה מנגנון מולקולרי חדשני להבנת הציטוטוקסיות והפעילות האנטיבקטריאלית של ננו-חומרים. זה גם יקל על מחקר נוסף על ההשפעות הביולוגיות של ננו-חומרי גרפן והיישומים שלהם בביו-רפואה.

 

היישום האנטיבקטריאלי של גרפן בתעשיית מברשות השיניים:

 

בשל היתרונות שלעיל של חומרים מרוכבים של גרפן, מנגנון ויישום אנטי-בקטריאלי של גרפן משכו עניין רב מצד חוקרים ואנשי מקצוע בתעשיות קשורות.

מברשות שיניים אנטיבקטריאליות מסוג גרפן, הוצג על ידיקבוצת MARBON, משתמשת בזיפים מעוצבים במיוחד העשויים מחומרים ננו-מרוכבים של גרפן. אז זה יכול לעכב ביעילות את הצמיחה והרבייה של חיידקים, ובכך להפחית את הסיכון למחלות פה.

הזיפים רכים אך עמידים, המאפשרים ניקוי עדין של השיניים והחניכיים תוך הגנה על בריאות האמייל והחניכיים. מברשת השיניים כוללת גם עיצוב ידית ארגונומית המספקת אחיזה נוחה ושימוש נוח.

אנו מאמינים בתוקף כי מברשת שיניים אנטיבקטריאלית זו תספק חווית טיפול יוצאת דופן בפה. זה יכול להסיר ביעילות רובד שיניים ופסולת מזון. בנוסף, הוא מספק הגנה אנטיבקטריאלית לאורך זמן, ומבטיח שחלל הפה שלך יישאר רענן ובריא.

 

 

מַסְקָנָה:

מברשות שיניים אנטיבקטריאליות מסוג גרפן מייצגות את ההתקדמות האחרונה ביישום חומרי גרפן בתחום האנטיבקטריאלי. עם הפוטנציאל העצום שלהן, מברשות שיניים אנטיבקטריאליות מסוג גרפן אמורות לחולל מהפכה בטיפול הפה, ולספק לאנשים חווית טיפול בפה בריאה ונוחה יותר. ככל שמתקדם מחקר חומרי הגרפן, מברשות שיניים אנטיבקטריאליות של גרפן ימלאו תפקיד משמעותי יותר ויותר בקידום בריאות הפה ורווחה.