Biotechnologia.pl
łączymy wszystkie strony biobiznesu
Nowe oblicze grafenu
Nowe oblicze grafenu
Badania nad szerokim zastosowaniem grafenu w przemyśle trwają. Ta płaska struktura alotropowa węgla poprzez swoje właściwości znajduje zastosowanie w wielu dziedzinach nauki, m.in. elektrotechnice czy elektronice. Ponadto, coraz częściej analizuje się wykorzystanie tego materiału w medycynie.

Grafen stanowi odmianę alotropową węgla.  Materiał ten przypomina wyglądem plastry miodu, gdzie atomy węgla połączone są w sześciokąty. Pierwszy raz grafen został opisany przez Hannsa-Petera Boehma, w 1962r. przeprowadzono analizę jego struktury z wykorzystaniem promieniowania X. Dopiero w 2004r. został on wyizolowany przez zespół brytyjsko-rosyjskich naukowców. Andre Geim oraz Konstantin Novoselov za badania nad tym materiałem otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki (2010r).

Grafen charakteryzuje się niespotykanymi właściwościami. Jego struktura zbudowana z pojedynczych warstw atomów węgla ułożonych w sześciokąty foremne wpływa na jego trwałość i wytrzymałość. Dodatkowo, jest elastyczny (można go rozciągać do 20%) oraz 200-krotnie bardziej wytrzymały od stali o tej samej grubości. Materiał ten posiada również właściwości przewodnictwa cieplnego (od 4840±440 do 5300±480 W/mK). Charakteryzuje się również niewielką rezystywnością 10-8 Ω x m. Jest prawie całkiem przezroczysty, a przez pojedynczą warstwę nie przechodzą nawet cząsteczki helu. Właściwości  te umożliwiają zastosowanie grafenu w wielu dziedzinach nauki: przemysł elektroniczny, energetyczny czy medycyna.

Trwają badania nad wykorzystaniem grafenu do produkcji wielu urządzeń. W 2009 r. stworzono pierwszy grafenowy procesor polowy, a rok później eksperymentalny powielacz częstotliwości (umożliwia zmianę częstotliwości przebiegu elektrycznego). Materiał ten analizuje się również pod względem wykorzystania jako modulator półprzewodników, elektrod dla kondensatorów elektrochemicznych czy element systemu chłodzenia. W przyszłości planuje się zastosowanie grafenu do budowy baterii słonecznych czy czujników niebezpiecznych substancji oraz rozwój badań nad pochodnymi tej formy alotropowej węgla. Biorąc pod uwagę tempo prowadzonych badań nad zastosowaniem grafenu, w najbliższym czasie możemy spodziewać się wprowadzenia do masowej produkcji urządzeń wykorzystujących ten materiał.

Właściwości grafenu bada się również w przypadku potencjalnego zastosowania w medycynie. Analizowanym podejściem jest wykorzystanie tej alotropowej odmiany węgla w chemioterapii – jako materiał ochronny w cewnikach stosowanych przy dożylnym dostarczaniu cytostatyków (np. 5-fluorouracylu). Warstwa ochronna stosowana jest by zmniejszyć ryzyko niszczenia cewnika pod wpływem działania silnych leków przeciwnowotworowych podawanych dożylnie. Standardowo stosuje się jony srebra, ze względu na ich właściwości przeciwbakteryjne oraz niską reaktywność. Jednakże, opisano możliwość interakcji 5-fluorouracylu oraz srebra, w wyniku której dochodzi do uwalniania  jego cząsteczek oraz produktów ubocznych – fluorowodoru stanowiący silny kwas. Doprowadza to do niekorzystnych zmian w organizmie,  ponadto terapia jest nieskuteczna w wyniku rozpadu leku.

 - Cytostatyki stosowane w chemioterapii zazwyczaj są silnie reaktywne – tłumaczy Justin Wells z Wydziału Fizyki Norweskiego Uniwersytetu Naukowo-Technologicznego. -  Oznacza to, iż mogą reagować z urządzeniami umożliwiającymi dostarczenie leku. Grafen wykazuje obojętność chemiczną, a więc działa jak mało reaktywna warstwa ochronna pomiędzy lekiem a cewnikiem.

Zastosowanie w tym przypadku grafenu, jako cząsteczki o niskiej toksyczności, doprowadza do wyeliminowania efektu interakcji oraz podniesienia skuteczności terapii przeciwnowotworowej. Daje to nadzieje na wykorzystanie w przyszłości grafenu nie tylko w chemioterapii ale również innych dziedzinach medycyny.

- Myślę, że istnieje duży potencjał dla rozwoju produkcji powłok ochronnych wykonanych z grafenu lub podobnych ultracienkich materiałów 2D – dodaje Justin Wells. -  Ponadto, grafen cieszy się dużym zainteresowaniem wykorzystania go jako powłoka ochronna w wielu innych zastosowaniach, nie tylko w chemioterapii. 

Źródła
  1. Federico Mazzola, Thuat Trinh, Simon Cooil, Elise Ramleth Østli, Kristin Høydalsvik, Eirik Torbjørn Bakken Skjønsfjell, Signe Kjelstrup, Alexei Preobrajenski, Attilio A Cafolla, D Andrew Evans, Dag W Breiby, Justin W Wells. Graphene coatings for chemotherapy: avoiding silver-mediated degradation2D Materials, 2015; 2 (2): 025004
  2. Hebda M, Łopata A. Grafen – materiał przyszłości. Czasopismo Techniczne Politechniki Krakowskiej 2012 (22) 109.
  3. http://www.graphene.manchester.ac.uk/
  4. Wu ZS, Parvez K, Li S, Yang S, Liu Z, Liu S, Feng X, Müllen K. Alternating Stacked Graphene-Conducting Polymer Compact Films with Ultrahigh Areal and Volumetric Capacitances for High-Energy Micro-Supercapacitors. Adv Mater. 2015 Jun 3.
  5. Xu Y, Shi G, Duan X. Self-Assembled Three-Dimensional Graphene Macrostructures: Synthesis and Applications in Supercapacitors. Acc Chem Res. 2015 Jun 4. 
KOMENTARZE
Newsletter