وفي دراسة شاملة، بحث علماء من جامعات شريف، أميركبير، وطهران بالتعاون مع باحثين أيرلنديين في تأثيرات قطبية الشحنة الكهربائية وطبيعة المواد المضيفة في مكافحة البكتيريا. وأجري هذا البحث على نموذجين من البكتيريا سالبة الجرام: الإشريكية القولونية E. coli والمكورات العنقودية الذهبية S. aureus.
كيف تتحكم الشحنة الكهربائية في نمو البكتيريا؟ أظهر هذا البحث أنه باستخدام مواد مضيفة ذات شحنة موجبة “مثل الألومنيوم أو أكسيد الجرافين”، يتم تثبيط نمو البكتيريا بشكل ملحوظ. ويعزى هذا التأثير إلى التفاعلات الكهروستاتيكية بين البكتيريا والمواد المضيفة، مما يؤدي إلى جذب الإلكترونات من سلسلة التنفس في البكتيريا. ونتيجة لذلك، يتم تعطيل طاقة البكتيريا ويتوقف نموها. ولوحظت هذه السلوكيات بشكل خاص تجاه الألومنيوم وأكسيد الجرافين.
ولكن النقطة الأكثر إثارة للاهتمام التي تم التوصل إليها في هذا البحث كانت تأثيرات قطبية الشحنة السالبة. وفي وجود شحنة سالبة، لوحظت اختلافات ملحوظة في السلوك المضاد للبكتيريا. بينما لم يظهر الألومنيوم خصائص مضادة للبكتيريا كبيرة، أظهر أكسيد الجرافين أداءً أفضل بكثير. ويُعزى هذا التأثير إلى إنتاج أنواع الأكسجين التفاعلية ROS على سطح أكسيد الجرافين. هذه المركبات تؤثر على البكتيريا وتؤدي بسرعة إلى تثبيط نموها.
هل تؤثر طبيعة المادة المضيفة على التأثيرات المضادة للبكتيريا؟ بناءً على نتائج البحث، فإن اختيار المادة المضيفة يؤثر بشكل كبير على الأداء المضاد للبكتيريا في المولدات النانوية الكهروسكونية. ونظراً لقدرة أكسيد الجرافين على إنتاج أنواع الأكسجين التفاعلية ROS مما يجعله قادراً على وقف نمو البكتيريا بشكل فعال، تعتبر هذه المادة خياراً ممتازاً للاستخدام في الأجهزة القابلة للارتداء المضادة للبكتيريا.
مقارنةً بالألومنيوم الذي كان تأثيره مقتصراً على جذب الإلكترونات من البكتيريا، أظهر أكسيد الجرافين قدرات مضادة للبكتيريا أكبر من خلال إنتاج أنواع الأكسجين التفاعلية ROS وتأثيره الأكبر على العمليات الكيميائية الحيوية داخل البكتيريا. وتُظهر هذه النتائج أن الاختيار المناسب للمادة المضيفة في تصميم المولدات النانوية الكهروسكونية يمكن أن يحسن بشكل ملحوظ من الأداء المضاد للبكتيريا لهذه الأجهزة.
ما هي تداعيات نتائج البحث على تصميم الأجهزة القابلة للارتداء؟ ويمكن لهذا البحث أن يلعب دوراً محورياً في المستقبل في تصميم المولدات النانوية الكهروسكونية للاستخدام في الأجهزة القابلة للارتداء والتقنيات الطبية الحيوية الأخرى. وباستخدام هذه النتائج، يمكن تصميم أجهزة لا تنتج الطاقة من حركة الجسم فحسب، بل تمتلك أيضاً خاصية مضادة للبكتيريا. ويمكن أن تكون هذه الخاصية مفيدة بشكل خاص في الرعاية الصحية وفي الحالات التي تتطلب منع انتقال البكتيريا.
وأظهر بحث مشترك لباحثين إيرانيين وأيرلنديين أن المولدات النانوية الكهروسكونية، خاصة عند دمجها بمواد محددة مثل أكسيد الجرافين، يمكن أن تمتلك خصائص مضادة للبكتيريا فعالة. ومن خلال التحكم في الشحنة الكهربائية واختيار المواد المناسبة، يمكن تحويل هذه التكنولوجيا إلى أداة قوية في مكافحة الأمراض الناجمة عن البكتيريا. وتمثل هذه الإنجازات خطوة مهمة في تصميم جيل جديد من الأجهزة القابلة للارتداء والطبية التي تقدم للمستخدمين قدرات صحية متقدمة بالإضافة إلى الوظائف المعتادة.
