Grafenrelaterade material (GRM) används ofta för att förstärka polymerer. I små koncentrationer på upp till fem viktprocent kan GRM avsevärt förbättra styrkan, den elektriska ledningsförmågan och den termiska transporten av kompositer för en mängd olika tillämpningar. Men eftersom det är en relativt ny uppsättning material måste grafen och GRM noggrant utvärderas för att identifiera potentiella negativa effekter före kommersialisering.

I en ny studie förberedde ett stort tvärvetenskapligt team av forskare finansierat av EU:s flaggskeppsprojekt Graphene en komposit av polyamid 6 (PA6, även känd som Nylon-6) – en termoplastisk polymer som används i flera sektorer som bil- och sportutrustning – med 2,5 % reducerad grafenoxid (rGO), en form av grafen som förstärker förstärkningen av polymeren. Sedan slipade de detta material och efterliknade ytterligare bearbetning eller scenarier för uttjänta livslängder, och skapade partiklar med en genomsnittlig diameter på 1,9 μm för rGO-PA6 respektive 3,2 μm med ren PA6.

Flygburet material

Forskarna analyserade och jämförde effekterna av de avskalade partiklarna bestående av antingen PA6-rGO, enbart PA6 eller ren rGO längs de mest sannolika exponeringsvägarna. Därför använde de cellbaserade modeller som representerade mänskliga lungor, mag-tarmkanalen, huden och immunsystemet samt en in vivo-musmodell för lungexponering.

Forskaren fann endast begränsade akuta svar efter exponering för PA6-rGO i de olika cellbaserade modellerna. Endast rGO inducerade betydande negativa effekter, särskilt i makrofager, en typ av immunceller. Eftersom inandning av luftburet material är ett viktigt yrkesproblem, genomförde teamet en enda exponeringsstudie på möss. I överensstämmelse med de akuta in vitro-data, inducerade PA6-rGO en blygsam och övergående lunginflammation. Sammantaget antyder denna omfattande studie en sannolikt låg risk för människors hälsa vid akuta exponeringsförhållanden för rGO-PA6. Ytterligare studier skulle dock krävas för att bedöma kroniska effekter eller påverkan på patienter som lider av kronisk obstruktiv lungsjukdom (KOL) eller astma.

"Vi strävar efter att förutse "tänk om?" scenario före den breda användningen av dessa framväxande material för att undvika framtida sociala och ekonomiska nackdelar", säger Empa-forskaren Peter Wick, huvudförfattaren till studien. "Vi förutsåg frågor, som kommer att bli relevanta för Europeiska kommissionens 'Kemikaliestrategi för hållbarhet mot en giftfri miljö', som underlättar säker och hållbar användning av GRM-förstärkta material. Detta var endast möjligt tack vare ett tvärvetenskapligt team av experter på polymerer, grafen och nanosäkerhet, gynnade av ekosystemet Graphene Flagship."

Andrea C. Ferrari, vetenskaps- och teknikansvarig för grafenflaggskeppet och ordförande för dess ledningspanel, tillägger:"Denna omfattande studie av möjlig toxicitet hos grafen-polymerkompositfragment belyser den centrala roll som hälsa och säkerhet spelar i grafenflaggskeppet sedan dess i början. När dessa kompositer bearbetas till industriella delar, måste man seriöst överväga de möjliga hälsokonsekvenserna på grund av utsläppta/nötade partiklar. Det är betryggande att se att denna studie visar försumbara effekter, vilket bekräftar grafens livsduglighet för masstillämpningar." + Utforska vidare

Grafen och relaterade materialsäkerhet:Människors hälsa och miljön