Le graphène, nouvelle arme contre les bactéries résistantes en milieu hospitalier

Une innovation scientifique majeure a été réalisée par des chercheurs suédois dans l’exploitation des propriétés antibactériennes du graphène pour les applications médicales. Les implications de cette découverte pourraient transformer radicalement l’approche face aux infections nosocomiales et à la résistance aux antibiotiques.

Le graphène : un matériau prometteur contre les bactéries résistantes

Le graphène, un matériau bidimensionnel constitué d’une unique couche d’atomes de carbone, possède des propriétés bactéricides remarquables. Les scientifiques de l’Université de technologie de Chalmers, en Suède, ont réussi à exploiter ce potentiel en utilisant une technologie similaire à celle des aimants de réfrigérateur. Le résultat obtenu est une surface ultra-fine, comparable à celle d’une aiguille d’acupuncture, qui élimine 99,99% des bactéries présentes lorsqu’elle est appliquée comme revêtement sur des cathéters et des implants.

Le professeur Ivan Mijakovic, spécialiste en biologie des systèmes à l’Université de technologie de Chalmers et co-auteur de l’étude, a commenté son procédé : « Un matériau antibactérien à base de graphène, ultra-fin, est développé par notre équipe. Il peut être appliqué sur n’importe quelle surface, y compris les dispositifs biomédicaux, les surfaces chirurgicales et les implants pour éliminer les bactéries. Le graphène empêche physiquement les bactéries de s’attacher à une surface, ce qui présente l’avantage supplémentaire de ne pas risquer d’augmenter la résistance aux antibiotiques, contrairement à d’autres alternatives chimiques, telles que les antibiotiques. »

Une orientation maîtrisée pour une efficacité optimale

Jusqu’à présent, l’orientation des feuillets de graphène n’était contrôlée que dans une seule direction spécifique : celle du flux du processus de fabrication. Les chercheurs de Chalmers ont surmonté cet obstacle en développant une méthode d’orientation innovante.

Le professeur Roland Kádár, expert en rhéologie à l’Université de technologie de Chalmers, a ajouté : « Une nouvelle méthode a été mise au point pour contrôler les effets du graphène dans plusieurs directions différentes avec un très haut niveau d’uniformité de l’orientation. Cette approche permet d’intégrer des nanoplaquettes de graphène dans des surfaces plastiques médicales et d’obtenir une surface antibactérienne qui élimine 99,99% des bactéries tentant de s’y fixer. La flexibilité pour la fabrication de dispositifs médicaux antibactériens utilisant le graphène s’en trouve considérablement accrue.« 

La technologie du « réseau de Halbach » au service de la médecine

La méthode employée par les chercheurs s’appuie sur la technologie du « réseau de Halbach ». Des aimants terrestres sont disposés selon un motif circulaire, créant un champ magnétique uniforme à l’intérieur du réseau. Cette configuration permet d’induire une orientation uniforme du graphène et d’atteindre un effet bactéricide très élevé sur des surfaces de toute forme.

Viney Ghai, chercheur en rhéologie et traitement des matières molles à l’Université de technologie de Chalmers, a expliqué pour sa part : « L’utilisation de la méthode du réseau de Halbach pour orienter le graphène dans un nanocomposite polymère est une première. Les résultats obtenus nous incitent à souhaiter l’introduction de ces plaques de graphène dans le secteur de la santé. L’objectif est de réduire le nombre d’infections liées aux soins, de diminuer les souffrances des patients et de contrer la résistance aux antibiotiques.« 

Des applications potentielles dans divers domaines

Cette nouvelle technologie d’orientation présente un potentiel significatif dans d’autres secteurs, notamment les batteries, les supercondensateurs, les capteurs et les matériaux d’emballage durables et résistants à l’eau.

Le professeur Roland Kádár a conclu : « L’impact de cette méthode est considérable dans ces domaines. Elle ouvre de nouvelles possibilités dans l’alignement des matériaux, offrant un outil puissant pour la conception et la personnalisation de nanostructures qui reproduisent les architectures complexes observées dans les systèmes naturels.« 

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce que le graphène et pourquoi est-il important dans la lutte contre les bactéries ?

Le graphène est un matériau bidimensionnel composé d’une seule couche d’atomes de carbone. Il possède des propriétés bactéricides remarquables, ce qui signifie qu’il peut tuer les bactéries. Son importance réside dans sa capacité à éliminer les bactéries sans utiliser d’antibiotiques, réduisant ainsi le risque de développement de résistance aux antibiotiques. De plus, sa structure ultra-fine permet de l’appliquer sur diverses surfaces médicales.

Comment fonctionne la nouvelle méthode d’orientation du graphène développée par les chercheurs suédois ?

La nouvelle méthode utilise la technologie du « réseau de Halbach », qui implique l’arrangement d’aimants terrestres dans un motif circulaire. Cette configuration crée un champ magnétique uniforme qui permet d’orienter les feuillets de graphène dans plusieurs directions avec un haut niveau d’uniformité. Cette orientation contrôlée permet au graphène d’atteindre son plein potentiel bactéricide sur des surfaces de toute forme.

Quels sont les avantages de cette technologie par rapport aux méthodes antibactériennes traditionnelles ?

Cette technologie présente plusieurs avantages. Elle élimine 99,99% des bactéries sur une surface. Elle n’utilise pas d’antibiotiques, réduisant ainsi le risque de résistance bactérienne. Elle peut être appliquée sur diverses surfaces médicales, y compris les cathéters et les implants. Elle agit physiquement contre les bactéries, les empêchant de s’attacher aux surfaces. Enfin, elle offre une solution durable et à long terme pour la lutte contre les infections nosocomiales.

Quelles sont les applications potentielles de cette technologie au-delà du domaine médical ?

Bien que principalement développée pour le secteur médical, cette technologie d’orientation du graphène présente un potentiel significatif dans d’autres domaines. Elle pourrait améliorer les performances et la durée de vie des batteries. Dans le domaine des supercondensateurs, elle pourrait augmenter la capacité de stockage d’énergie. Elle pourrait également contribuer au développement de capteurs plus sensibles et précis. Dans l’industrie de l’emballage, elle pourrait permettre la création d’emballages durables et résistants à l’eau. Enfin, dans l’industrie électronique, elle pourrait améliorer les propriétés conductrices des matériaux.

Légende illustration : Illustration de la façon dont les paillettes de graphène, très tranchantes, s’alignent sur une surface et peuvent tuer les bactéries sans endommager les cellules humaines saines. Les surfaces de graphène bactéricides mises au point à l’université de technologie de Chalmers pourraient bientôt être utilisées dans des dispositifs médicaux grâce à une toute nouvelle méthode utilisant la technologie des aimants de réfrigérateur pour contrôler les effets bactéricides du graphène. Crédit : Yen Sandqvist

Article : « Achieving Long-Range Arbitrary Uniform Alignment of Nanostructures in Magnetic Fields » -DOI : 10.1002/adfm.202406875