Grafeenstof is niet schadelijk, blijkt uit onderzoek

Graphene Flagship-onderzoekers analyseerden het effect van deeltjes afgeleid van polyamide versterkt met gereduceerd grafeenoxide. Gekleurde SEM-beelden van afgesleten deeltjes. Krediet: Empa / Tijdschrift voor gevaarlijke stoffen

Grafeengerelateerde materialen (GRM’s) worden vaak gebruikt om polymeren te versterken. In kleine concentraties tot vijf gewichtsprocent kunnen GRM’s de sterkte, elektrische geleidbaarheid en thermisch transport van composieten voor een verscheidenheid aan toepassingen aanzienlijk verbeteren. Omdat grafeen en GRM’s echter een relatief nieuwe set materialen zijn, moeten ze zorgvuldig worden beoordeeld om mogelijke nadelige effecten voorafgaand aan commercialisering te identificeren.

In een nieuwe studie heeft een groot interdisciplinair team van wetenschappers gefinancierd door het EU’s Graphene Flagship-project een composiet gemaakt van polyamide 6 (PA6, ook bekend als Nylon-6) – een thermoplastisch polymeer dat wordt gebruikt in verschillende sectoren zoals auto- en sportuitrusting – met 2,5% gereduceerd grafeenoxide (rGO), een vorm van grafeen die de versterking van het polymeer verbetert. Vervolgens schuurden ze dit materiaal af om verdere verwerking of end-of-life-scenario’s na te bootsen, waarbij ze deeltjes creëerden met een gemiddelde diameter van 1,9 m voor respectievelijk rGO-PA6 of 3,2 m met pure PA6.

Materialen in de lucht

De onderzoekers analyseerden en vergeleken de effecten van de afgesleten deeltjes bestaande uit PA6-rGO, PA6 alleen of pure rGO langs de meest waarschijnlijke blootstellingsroutes. Daarom gebruikten ze celgebaseerde modellen die menselijke longen, het maagdarmkanaal, de huid en het immuunsysteem vertegenwoordigen, evenals een in vivo muismodel voor pulmonale blootstelling.

De onderzoeker vond slechts beperkte acute reacties na blootstelling aan PA6-rGO in de verschillende celgebaseerde modellen. Alleen rGO veroorzaakte substantiële nadelige effecten, met name in macrofagen, een type immuuncellen. Aangezien inademing van stoffen in de lucht een belangrijk beroepsprobleem is, voerde het team een ​​enkelvoudige blootstellingsstudie uit bij muizen. In overeenstemming met de acute in vitro gegevens induceerde PA6-rGO een bescheiden en voorbijgaande longontsteking. Over het algemeen suggereert deze uitgebreide studie een waarschijnlijk laag risico voor de menselijke gezondheid bij acute blootstelling aan rGO-PA6. Er zijn echter verdere studies nodig om de chronische effecten of impact op patiënten die lijden aan chronische obstructieve longziekte (COPD) of astma te beoordelen.

Confocale microscopiebeelden van menselijke longcellen in kweek na blootstelling aan de geteste materialen (links) en controlecellen. Er werden geen tekenen van veranderingen waargenomen in cellen die waren blootgesteld aan de hoogste concentratie van afgesleten deeltjes in vergelijking met de kweken met negatieve controle. Krediet: Empa / Tijdschrift voor gevaarlijke stoffen

“We willen anticiperen op het ‘wat als?’ scenario voorafgaand aan het brede gebruik van deze opkomende materialen om toekomstige sociale en economische nadelen te voorkomen”, zegt Empa-wetenschapper Peter Wick, de hoofdauteur van het onderzoek. “We anticipeerden op vragen die relevant zullen worden voor de ‘Chemicals Strategy for sustainability into a toxic-free environment’ van de Europese Commissie, die een veilig en duurzaam gebruik van GRM-versterkte materialen mogelijk maakt. Dit was alleen mogelijk dankzij een multidisciplinair team van experts in polymeren, grafeen en nanoveiligheid, favoriet bij het Graphene Flagship-ecosysteem.”

Andrea C. Ferrari, Science and Technology Officer van het Graphene Flagship en voorzitter van het managementpanel, voegt toe: “Deze uitgebreide studie van mogelijke toxiciteit van grafeen-polymeercomposietfragmenten benadrukt de centrale rol die gezondheid en veiligheid spelen in het Graphene Flagship sinds de oprichting ervan. Wanneer deze composieten worden verwerkt tot industriële onderdelen, moet men serieus nadenken over de mogelijke gevolgen voor de gezondheid van uitgestoten/afgeschuurde deeltjes. Het is geruststellend om te zien dat deze studie verwaarloosbare effecten laat zien, waarmee de levensvatbaarheid van grafeen voor massatoepassingen wordt bevestigd.”