從膜結構到醫療應用：氧化石墨烯抗菌機制的分子層級揭秘
科技產業資訊室(iKnow) - 廖雅韻 發表於 2026年3月31日
圖、從膜結構到醫療應用：氧化石墨烯抗菌機制的分子層級揭秘
隨著傳統抗生素在醫療、畜牧業與日常消費中的長期廣泛濫用，抗藥性細菌正在全球範圍內加速蔓延，已成為重大公共衛生威脅。這一挑戰不僅使感染治療愈加困難，也促使科學界積極探索更安全、更具可持續性的新型抗菌策略。
近年來，二維碳奈米材料氧化石墨烯（Graphene Oxide, GO）因兼具優異的抗菌性能與良好的生物相容性，逐漸成為科學研究與材料應用領域中重要的永續抗菌材料。
近期由韓國科學技術院（KAIST）主導的研究，首次在分子層級揭示了 GO 的「選擇性抗菌機制」，為其未來在臨床醫療與商業應用上的發展奠定重要科學基礎，相關成果發表於《Advanced Functional Materials》期刊，顯示 GO 抗菌機制的研究從假設性推論邁向明確的分子實證階段。
研究發現，GO 表面富含的氧官能基能選擇性識別並結合細菌細胞膜中的磷酸醯甘油（ Phosphatidylglycerol, POPG）。這種磷脂廣泛存在於多種細菌的細胞膜中，卻幾乎不出現於哺乳動物的細胞膜。當 GO 與 POPG 發生強烈的界面交互作用時，將對細菌膜結構造成大規模破壞，導致膜降解與胞內物質外漏，最終引發細菌死亡。由於哺乳動物細胞膜缺乏 POPG，GO 在相同條件下對其不產生類似損傷，從而呈現出高效抗菌與相對良好生物相容性兼具的特性組合。
基於此機制，研究團隊進一步將 GO 製備成多種形態的功能性材料，包括粉末、薄膜與靜電紡絲製成的奈米纖維。體外實驗結果顯示，這些材料能有效抑制多種病原菌的生長，包含部分具抗藥性的耐藥菌株。動物模型測試（如豬隻感染性傷口模型）亦表明，含 GO 的材料不僅能有效抑制細菌增殖，還能促進傷口癒合，且炎症反應極低，展現出高度的安全性與應用潛力。
除實驗室與動物模型驗證外，相關技術亦正快速轉化為實際的商業與民用產品。透過原創專利技術，整合 GO 奈米纖維的抗菌材料已被應用於抗菌牙刷等消費性產品，驗證了其市場接受度與工業可行性。此外，以 GO 為基礎開發的機能性材料（如 GrapheneTex）已被採用於 2024 年巴黎奧運跆拳道表演隊的運動服設計，並計畫持續拓展至 2026 年亞洲運動會等大型賽事的功能性運動服應用。
儘管GO在多種應用情境中已展現出優異的抗菌效果與良好的生物安全性，目前學界仍強調須持續針對其長期生物相容性、免疫調節反應及環境安全性進行系統性評估與監測。然而，憑藉其明確的分子層級抗菌機制與潛力，GO 有望突破傳統抗生素所面臨的抗藥性瓶頸，並在醫療敷料、醫療器械防護塗層、功能性紡織品及日常抗菌用品等領域發揮關鍵作用，成為未來公共衛生防護體系中不可或缺的重要材料之一。（970字；圖1）
參考資料：
How graphene oxide kills bacteria while sparing human cells. SciTechDaily, 2026/03/29
Biocompatible but Antibacterial Mechanism of Graphene Oxide for Sustainable Antibiotics. Wiley Advanced, 2026/3/2
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