周如鴻作為浙江大學思源講座教授,、IBM沃森研究中心高級研究員、哥倫比亞大學兼職教授,，聯合上海大學,、中科院上海應用物理研究所、IBM沃森研究中心,、浙江大學等單位的研究人員,，開展了揭示石墨烯破壞細菌細胞膜的機制的研究，浙江大學工程力學系青年教師修鵬參與了聯合研究,。
石墨烯作為一種新型的二維超薄納米材料,，以其獨特的結構、力學和電子性質，在藥物投遞,、腫瘤治療等生物納米技術領域有著廣泛的應用前景,。
磷脂分子是組成細菌細胞膜的基本成分，它起著保護細胞質和細胞核,，阻擋外界傷害該細胞的作用,。研究人員通過計算機模擬結合電子顯微鏡技術發(fā)現，當石墨烯接觸到細菌的細胞膜后,，能誘導細菌細胞膜上的磷脂分子“移情別戀”——脫離細胞膜并“攀爬”上石墨烯表面,。基于分子動力學模擬的理論分析揭示出,，石墨烯獨特的二維結構使其可以與細菌細胞膜上的磷脂分子發(fā)生很強的色散相互作用,，從而實現石墨烯對細胞膜上磷脂分子的大規(guī)模直接抽取。這樣,，石墨烯通過物理作用殺死細菌,，為開發(fā)新型抗耐藥的“綠色”抗生素提供了可能，如研制以石墨烯和氧化石墨烯為原料的新型“石墨烯創(chuàng)可貼”等,。
需要指出的是,，哺乳類動物比如人類都具有血液循環(huán)系統(tǒng)，內含豐富的血清蛋白,，它們可以和石墨烯形成“蛋白外包體”,，從而阻止石墨烯直接傷害到人體細胞膜;而細菌細胞膜則因為沒有“保護者”，所以容易被石墨烯“殺死”,。
目前,，本研究通過理論預測與實驗驗證相結合的方式，為進一步開發(fā)沒有耐藥性的抗生素提供了極其關鍵的分子機制,，同時也為設計具有更好生物兼容性的石墨烯提供了理論基礎,。據悉，科學家已經在開始測試這個“石墨烯創(chuàng)可貼”的想法,，并成功制備了耐清洗和具有長時間抗菌能力的石墨烯棉布,。當然它對人體可能潛在的副作用還需要更進一步的研究。（生物谷 Bioon.com）
生物谷推薦的英文摘要
Nature Nanotechnology doi:10.1038/nnano.2013.125
Destructive extraction of phospholipids fromEscherichia coli membranes by graphene nanosheets
Yusong Tu, Min Lv, Peng Xiu, Tien Huynh, Meng Zhang
Understanding how nanomaterials interact with cell membranes is related to how they cause cytotoxicity and is therefore critical for designing safer biomedical applications. Recently, graphene (a two-dimensional nanomaterial) was shown to have antibacterial activity on Escherichia coli, but its underlying molecular mechanisms remain unknown. Here we show experimentally and theoretically that pristine graphene and graphene oxide nanosheets can induce the degradation of the inner and outer cell membranes of Escherichia coli, and reduce their viability. Transmission electron microscopy shows three rough stages, and molecular dynamics simulations reveal the atomic details of the process. Graphene nanosheets can penetrate into and extract large amounts of phospholipids from the cell membranes because of the strong dispersion interactions between graphene and lipid molecules. This destructive extraction offers a novel mechanism for the molecular basis of graphene's cytotoxicity and antibacterial activity.
