Som covid-19- och medicinteknisk forskare, Jag förstår vikten av ansiktsmasker för att förhindra spridningen av coronaviruset. Så jag är nyfiken på att vissa masktillverkare har börjat lägga till grafenbeläggningar på sina ansiktsmasker för att inaktivera viruset. Många virus, svampar och bakterier är oförmögna av grafen i laboratoriestudier, inklusive kattkoronavirus.

Eftersom SARS CoV-2, coronaviruset som orsakar covid-19, kan överleva på utsidan av en ansiktsmask i dagar, människor som rör vid masken och sedan gnuggar sina ögon, näsa, eller mun kan riskera att få covid-19. Så dessa tillverkare verkar resonera att grafenbeläggningar på deras återanvändbara ansiktsmasker och engångsmasker kommer att ge ett visst antivirusskydd. Men i mars, provinsregeringen i Quebec tog bort dessa masker från skolor och daghem efter Health Canada, Kanadas nationella folkhälsomyndighet, varnade för att inandning av grafen kan leda till asbestliknande lungskador.

Är denna åtgärd motiverad av fakta, eller en överreaktion? För att svara på den frågan, det kan hjälpa att veta mer om vad grafen är, hur det dödar mikrober, inklusive SARS-COV-2-viruset, och vad forskare vet hittills om de potentiella hälsoeffekterna av andning i grafen.

Hur skadar grafen virus, bakterier och mänskliga celler?

Grafen är ett tunt men starkt och ledande tvådimensionellt ark av kolatomer. Det finns tre sätt som det kan hjälpa till att förhindra spridning av mikrober:

• Mikroskopiska grafenpartiklar har vassa kanter som mekaniskt skadar virus och celler när de passerar dem.
• Grafen är negativt laddat med mycket rörliga elektroner som elektrostatiskt fångar och inaktiverar vissa virus och celler.
• Grafen får celler att generera fria syreradikaler som kan skada dem och försämra deras cellulära ämnesomsättning.

Varför grafen kan vara kopplat till lungskador

Forskare har studerat de potentiella negativa effekterna av att andas in mikroskopisk grafen på däggdjur. I ett experiment från 2016, möss med grafen placerad i lungorna upplevde lokaliserad lungvävnadsskada, inflammation, bildning av granulom (där kroppen försöker mura bort grafenet), och ihållande lungskada, liknande det som sker när människor andas in asbest. En annan studie från 2013 fann att när mänskliga celler var bundna till grafen, cellerna skadades.

För att efterlikna mänskliga lungor, Forskare har utvecklat biologiska modeller utformade för att simulera inverkan av högkoncentrations aerosoliserat grafen - grafen i form av en fin spray eller suspension i luft - på industriarbetare. En sådan studie publicerad i mars 2020 fann att en livslång industriell exponering för grafen inducerade inflammation och försvagade de simulerade lungornas skyddsbarriär.

Det är viktigt att notera att dessa modeller inte är perfekta alternativ för att studera de dramatiskt lägre nivåerna av grafen som inhaleras från en ansiktsmask, men forskare har använt dem tidigare för att lära sig mer om den här typen av exponeringar. En studie från 2016 fann att en liten del av aerosoliserade grafennanopartiklar kunde röra sig nedför en simulerad mun- och näsgång och tränga in i lungorna. En studie från 2018 fann att kort exponering för en lägre mängd aerosoliserat grafen inte märkbart skadade lungcellerna i en modell.

Ur mitt perspektiv som forskare, denna trio av fynd tyder på att lite grafen i lungorna sannolikt är OK, men mycket är farligt.

Även om det kan tyckas självklart att jämföra inandning av grafen med de välkända skadorna av andning i asbest, de två ämnena beter sig olika på ett viktigt sätt. Kroppens naturliga system för bortskaffande av främmande partiklar kan inte ta bort asbest, vilket är anledningen till att långvarig exponering för asbest kan leda till cancer mesoteliom. Men i studier som använder musmodeller för att mäta effekten av högdos lungexponering för grafen, kroppens naturliga avfallssystem tar bort grafenet, även om det sker mycket långsamt under 30 till 90 dagar.

Resultaten av dessa studier belyser de möjliga hälsoeffekterna av andning i mikroskopisk grafen i antingen små eller stora doser. Dock, dessa modeller återspeglar inte hela komplexiteten i mänskliga erfarenheter. Så styrkan i bevisen om antingen fördelen med att bära en grafenmask, eller skadan av att andas in mikroskopisk grafen som ett resultat av att bära det, är mycket svag.

Ingen uppenbar fördel men teoretisk risk

Grafen är ett spännande vetenskapligt framsteg som kan påskynda bortfallet av COVID-19-viruspartiklar på en ansiktsmask. I utbyte mot denna okända nivå av extra skydd, det finns en teoretisk risk att andning genom en grafenbelagd mask kommer att frigöra grafenpartiklar som tar sig igenom de andra filterskikten på masken och tränger in i lungan. Om inandning, kroppen kanske inte tar bort dessa partiklar tillräckligt snabbt för att förhindra lungskador.

Hälsoavdelningen i Quebec tar fel på försiktigheten. Barn löper mycket låg risk för covid-19 dödlighet eller sjukhusvistelse, även om de kan infektera andra, så den teoretiska risken från grafenexponering är för stor. Dock, vuxna med hög omedelbar risk att skadas av att insjukna i covid-19 kan välja att acceptera en liten teoretisk risk för långvarig lungskada från grafen i utbyte mot dessa potentiella fördelar.

Denna artikel publiceras från The Conversation under en Creative Commons -licens. Läs originalartikeln.