Насколько безопасен графен?

Графен – единственный слой атомов углерода с гексагональной структурой, рассматривается как чудодейственный материал будущего: он гибкий, прозрачный, прочный, может принимать различные электрические свойства и обладает самой высокой теплопроводностью из всех известных материалов. Это делает его чрезвычайно интересным для бесчисленных возможных приложений.

Европа также признала это: масштабная исследовательская программа “Флагманский флагман” проводится уже пять лет и посвящена этому материалу. Это самая крупная исследовательская инициатива, запущенная на сегодняшний день в Европе – это показывает огромную важность графена.

Биологические эффекты под микроскопом

Но, несмотря на всю эйфорию: как и в случае любой новой технологии, потенциальные недостатки должны быть приняты во внимание на ранней стадии. В прошлом они часто расследовались слишком поздно. Например, асбест, который когда-то ценился за его огнезащитные свойства, использовался в начале 20-го века для производства многочисленных продуктов – но опасности для здоровья были обнаружены только постепенно. В 1970 году асбестовые волокна были официально классифицированы как канцерогенные.

Поэтому важная часть графенового флагмана посвящена вопросу: безопасны ли материалы на основе графена для человека и окружающей среды? На сегодняшний день в рамках флагмана проводятся многочисленные исследования. Исследователи из Лаборатории взаимодействий частиц и биологии Empa , например, изучили влияние оксида графена на легкие, желудочно-кишечный тракт или барьер плаценты человека.

Комплексная обзорная статья (ACS Nano , «Оценка безопасности материалов на основе графена: фокус на здоровье человека и окружающую среду» ) в настоящее время опубликована на полпути флагманского проекта по графену, который связывает данные, полученные в рамках программы. крупный международный исследовательский проект с другими опубликованными исследованиями и, таким образом, показывает текущее состояние знаний по вопросу безопасности материалов на основе графена. В обзоре приняли участие партнеры из 15 европейских университетов и исследовательских институтов, в том числе исследователи Empa Питер Вик и Тина Бюрки.

В статье представлен обзор того, когда части материалов на основе графена могут даже попадать в окружающую среду или организм человека в течение их жизненного цикла: во время производства, использования, старения или в процессе утилизации или переработки. Большинство оцененных исследований были посвящены вопросу о том, как материалы на основе графена взаимодействуют с организмом человека. К ним относятся различные способы попадания материалов в организм, например, при вдыхании, проглатывании или контакте с кожей, а также распределение и взаимодействие с важными органами, такими как центральная нервная система, легкие, кожа, иммунная система, сердечно-сосудистая система, желудочно-кишечного тракта и репродуктивной системы.

Структура определяет деятельность

Это заметно: не все исследования дают одинаковый результат. Однако это не обязательно связано с тем, что качество отдельных исследований низкое:

«Проблема в том, что не все графены одинаковы», – объясняет Питер Уик, руководитель лаборатории взаимодействия частиц и биологии в Empa. Материалы на основе графена могут состоять из одного или нескольких слоев, ширина и длина слоя могут варьироваться, и соотношение атомов углерода и кислорода также может различаться.

В зависимости от сочетания этих трех параметров не только получаются совершенно разные свойства материала, но и воздействие на человека и окружающую среду также сильно различается. Это делает простые, общедоступные утверждения практически невозможными. «Поэтому наша цель – создать детальную модель взаимосвязи между структурой и определенными свойствами», – сказал Вик. Поэтому тщательная характеристика изученных материалов является центральной. В будущем алгоритмы самообучения могли бы помочь создать модель на основе данных, чтобы предсказать биологические эффекты определенной структуры графена.

Однако такая комплексная модель все еще остается мечтой о будущем. «Мы видим себя здесь как своего рода помощник для определения безопасности материалов и продуктов на основе графена», – объясняет Вик. «Хотя все больше и больше исследований и, следовательно, указаний на то, как материалы на основе графена влияют на живые системы, в наших знаниях все еще есть пробелы. Эти пробелы необходимо заполнить, прежде чем мы сможем сделать четкий прогноз о том, как материал на основе графена определенные свойства будут влиять на биологические системы». Цель состоит в том, чтобы создать новый стандарт для органов власти, научных исследований и промышленности, чтобы чудодейственный материал графен также можно было безопасно использовать.

Флагманский флагман Флагман графена является крупнейшей исследовательской инициативой ЕС на сегодняшний день и, по мнению Европейской комиссии, «величайшим отличием в истории для отличных исследований». С бюджетом в один миллиард евро перед флагманским графеном поставлена ​​задача вывести графен из сферы научных лабораторий в европейское общество в течение десяти лет, создавая тем самым экономический рост, новые рабочие места и новые возможности для европейцев как инвесторов, так и работников. С Флагманом Графена Европа запустила новую форму совместной, скоординированной исследовательской инициативы беспрецедентного масштаба. Graphene Flagship объединяет научно-промышленный консорциум, целью которого является прорыв в области технологических инноваций. Исследования будут охватывать всю цепочку создания стоимости от производства материалов до компонентов и системной интеграции,