Carbon nanomaterials and their interactions with bacteria

Abstract

Uhlíkové nanomateriály jsou v poslední době v centru pozornosti hlavně díky svým zajímavým, často unikátním vlastnostem. Mají široké možnosti využití, například v elektronice, optice, kosmetice solárních článcích, stavebních materiálech, vzduchových filtrech, k leštění materiálů, jako ochranné povrchy či suchá maziva. Zatímco jejich fyzikální a chemické vlastnosti jsou již dobře prozkoumány, výzkum jejich působní na živé organismy je stále v počátcích. Tato práce je zaměřena na interakce uhlíkových nanomateriálů, konkrétně grafenu, fullerenu, uhlíkových nanotrubiček a nanodiamantů, s bakterálními buňkami a jejich antibakteriální a antiadhezivní účinky. Mechanismy toxického působení zahrnují porušení vnějších struktur buňky v důsledku přímého kontaktu s nanomateriálem, narušení bakteriálního metabolismu nebo produkci volných kyslíkových radikálů. Přesné porozumění dějům, které se odehrávají mezi bakteriální buňkou a uhlíkovými nanomateriály, může přispět k výzkumu jejich možných aplikací v medicíně či možností jejich ekologické recyklace.

Recently, carbon nanomaterials gain attention especially for their interesting, often unique, properties. They can be used in wide range of applications, such as electronics, optics, cosmetics, solar cells, construction materials, air filters, polishing materials, protective coatings and dry lubricants. Whereas their physical and chemical attributes have already been intensively examined, the research on their effects on living organisms is still at the preliminary stage. This work is focused on the interactions of carbon nanomaterials, namely graphene, fullerene, carbon nanotubes and nanodiamonds, with bacterial cells and their antibacterial and antiadhesive properties. The mechanisms of the toxic action of carbon nanomaterials against bacteria include damage of outer cell structures as a consequence of the direct contact with a nanomaterial, impairment of bacterial metabolism or reactive oxygen species production. Exact understanding of the processes that take place between bacterial cell and carbon nanomaterials can contribute to the research on their medical applications and ecological recycling in the future.