Scientist hands with microscope close-up shot in the laboratory

El grafeno es considerado uno de los materiales más interesantes y versátiles de nuestro tiempo. Las posibilidades de aplicación inspiran tanto la investigación como la industria. Pero, ¿son los productos que contienen grafeno también seguros para los humanos y el medio ambiente? Una revisión exhaustiva, desarrollada como parte del proyecto insignia del grafeno europeo con la participación de los investigadores de Empa, investigó esta pregunta.

Una nueva revisión detalla la investigación actual sobre la seguridad del grafeno y los materiales relacionados para la salud humana y el impacto ambiental.

El grafeno, una capa única de átomos de carbono dispuestos hexagonalmente, se considera el material milagroso del futuro: es flexible, transparente, fuerte, puede asumir diferentes propiedades eléctricas y tiene la conductividad térmica más alta de todos los materiales conocidos. Esto lo hace extremadamente interesante para innumerables aplicaciones posibles. Europa también lo ha reconocido: el programa de investigación a gran escala “Graphene Flagship” lleva cinco años funcionando y está dedicado a este material. Es la mayor iniciativa de investigación que Europa ha lanzado hasta la fecha, lo que demuestra la enorme importancia del grafeno.

Efectos biológicos bajo el microscopio

Pero a pesar de toda la euforia: al igual que con cualquier nueva tecnología, las desventajas potenciales deben tenerse en cuenta desde el principio. En el pasado, a menudo se investigaban demasiado tarde. Por ejemplo, el asbesto, una vez apreciado por sus propiedades ignífugas, se usó a principios del siglo XX para fabricar numerosos productos, pero los riesgos para la salud solo se descubrieron gradualmente. En 1970, las fibras de amianto se clasificaron oficialmente como carcinógenas.

Por lo tanto, una parte importante del buque insignia del grafeno está dedicada a la pregunta: ¿Son los materiales a base de grafeno seguros para los seres humanos y el medio ambiente? Hasta el día de hoy, numerosos estudios se han llevado a cabo en el marco del buque insignia. Investigadores de Empa del Laboratorio de Interacciones de Biología de Partículas investigaron, por ejemplo, cómo el óxido de grafeno afecta el pulmón humano, el tracto gastrointestinal o la barrera placentaria.

Se ha publicado un artículo de revisión exhaustiva en la etapa intermedia del proyecto insignia de grafeno, que vincula los datos producidos en el marco del principal proyecto de investigación internacional con otros estudios publicados y, por lo tanto, muestra el estado actual de los conocimientos sobre el tema de la seguridad. de materiales a base de grafeno. Socios de 15 universidades e institutos de investigación europeos participaron en la revisión, incluidos los investigadores de Empa Peter Wick y Tina Bürki.

El artículo proporciona una descripción general de cuándo partes del material a base de grafeno pueden incluso ingresar al medio ambiente o al cuerpo humano durante su ciclo de vida: durante la producción, el uso, el envejecimiento o el proceso de eliminación o reciclaje. La mayoría de los estudios evaluados se dedicaron a la cuestión de cómo los materiales basados ​​en grafeno interactúan con el cuerpo humano. Estas incluyen las diferentes formas en que los materiales pueden entrar al cuerpo, por ejemplo, por inhalación, ingestión o contacto con la piel, así como la distribución e interacción con órganos importantes como el sistema nervioso central, los pulmones, la piel, el sistema inmunológico, el sistema cardiovascular, Tracto gastrointestinal y sistema reproductor.

La estructura determina la actividad

Es notable: no todos los estudios tienen el mismo resultado. Sin embargo, esto no se debe necesariamente al hecho de que la calidad de los estudios individuales es deficiente: “El desafío es que no todo el grafeno es el mismo“, explica Peter Wick, jefe del Laboratorio de Interacciones de Biología de Partículas en Empa. Los materiales basados ​​en grafeno pueden consistir en una o más capas, la anchura y la longitud de la capa pueden variar, y la proporción de átomos de carbono a oxígeno también puede diferir.

Dependiendo de la combinación de estos tres parámetros, no solo se obtienen propiedades de materiales completamente diferentes, sino que los efectos en los seres humanos y el medio ambiente también varían mucho. Esto hace que las declaraciones simples, generalmente válidas, sean casi imposibles. “Por lo tanto, nuestro objetivo es crear un modelo detallado para una relación entre la estructura y ciertas propiedades“, dijo Wick. La caracterización cuidadosa de los materiales estudiados es, por lo tanto, fundamental. En el futuro, los algoritmos de autoaprendizaje podrían ayudar a generar un modelo a partir de los datos para predecir los efectos biológicos de una cierta estructura de grafeno.

Sin embargo, un modelo tan completo sigue siendo un sueño de futuro. “Nos vemos aquí como una especie de asistente de lanzamiento para determinar la seguridad de los materiales y productos basados ​​en grafeno”, explica Wick. “Aunque hay más y más estudios y, por lo tanto, indicaciones de cómo los materiales basados ​​en el grafeno afectan a los sistemas vivos, todavía existen lagunas en nuestro conocimiento. Es necesario llenar estos vacíos antes de poder hacer una predicción clara sobre cómo un material basado en el grafeno con Ciertas propiedades afectarán a los sistemas biológicos“. El objetivo es crear un nuevo estándar para las autoridades, la investigación y la industria para que el grafeno del material milagroso también se pueda usar de manera segura.

Insignia de grafeno

El buque insignia del grafeno Graphene-flagship.eu es la mayor iniciativa de investigación de la UE hasta la fecha y, según la Comisión Europea, “la mayor distinción de la historia por su excelente investigación“. Con un presupuesto de mil millones de euros, Graphene Flagship tiene la tarea de llevar el grafeno del ámbito de los laboratorios académicos a la sociedad europea en diez años, lo que genera un crecimiento económico, nuevos puestos de trabajo y nuevas oportunidades para los europeos como inversores y empleados. Con Graphene Flagship, Europa ha lanzado una nueva forma de iniciativa de investigación conjunta y coordinada a una escala sin precedentes. Graphene Flagship reúne a un consorcio académico-industrial que apunta a un gran avance para la innovación tecnológica. El esfuerzo de investigación cubrirá toda la cadena de valor desde la producción de materiales hasta la integración de componentes y sistemas.

Via: https://www.empa.ch/web/s604/graphene-safety