Sviluppo di soluzioni basate su Grafene più probabile poiché gli effetti sulla salute sembrano minimi

Il Grafene, con il suo enorme potenziale, rappresenta una significativa svolta nella scienza dei materiali. Estratto dal grafite, una forma cristallina del carbonio, il Grafene si pone come un materiale notevolmente significativo piuttosto che un elemento. Lo troverai comunemente nella mina di una matita.

Essendo il materiale più sottile con uno spessore di un solo atomo, il Grafene si distingue per la sua leggerezza, elasticità e resistenza. Vanta una resistenza 200 volte superiore a quella dell’acciaio e uno spessore mille volte inferiore a quello dei capelli umani.

Questo materiale unico è cinque volte più leggero dell’alluminio, che a sua volta è tre volte più leggero dell’acciaio, e possiede proprietà diverse. Tra queste figurano la capacità di assorbire la luce e una alta conduttività elettrica e termica, aprendo la strada a innovazioni in vari settori.

Nell’industria elettronica, la conduttività del Grafene estende notevolmente la vita utile delle batterie e riduce il tempo di ricarica, migliorando l’efficienza energetica e la durata dei dispositivi, oltre a prevenire il surriscaldamento. La sua leggerezza supera una delle limitazioni significative dei droni: la produzione pesante di batterie per l’immagazzinamento dell’energia.

La flessibilità del Grafene e la sua capacità di assorbire la luce lo rendono ideale per la produzione di schermi resistenti per vari dispositivi. Nel frattempo, la sua resistenza lo rende un componente cruciale per i progressi nel settore dell’illuminazione.

Nell’edilizia, il Grafene migliora l’isolamento degli edifici e offre resistenza all’umidità, alla corrosione e al fuoco, contribuendo a una migliore regolazione termica nelle abitazioni. Pertanto, può essere molto utile nel settore delle energie rinnovabili, poiché potrebbe generare più energia di quanta ne venga prodotta attualmente. Nel frattempo, nel settore sanitario, può aiutare a creare apparecchi acustici più leggeri, nonché ossa e muscoli attraverso interventi chirurgici.

Le possibili applicazioni del Grafene includono inoltre transistor, antenne, chip per computer, supercondensatori, sequenziamento del DNA, filtri per l’acqua e celle solari.

Data la varietà di proprietà del Grafene e il suo potenziale per rivoluzionare molti settori diversi, la comunità scientifica ha tenuto d’occhio il Grafene. Ricercatori e aziende di tutto il mondo hanno studiato e sperimentato con questo materiale.

Proprio questa settimana, uno studio condotto da fisici del MIT ha scoperto un “effetto quantistico anomalo di Hall frazionato” nel Grafene. L’effetto quantistico di Hall frazionato è un fenomeno estremamente raro che, se controllato, può aiutare a costruire computer quantistici a prova di errore.

Questo effetto si verifica solo poche volte e, per lo più, sotto campi magnetici molto alti e accuratamente mantenuti. Ma questa volta, l’effetto è stato osservato in un materiale che gli scienziati non si aspettavano e, inoltre, in assenza di un campo magnetico. Questa scoperta ha importanti implicazioni per il campo della fisica fondamentale. È probabile che apra la strada a una nuova forma di calcolo quantistico sostanzialmente più resistente alle perturbazioni.

In un altro studio, i ricercatori hanno rivelato un nuovo metodo di sintesi di ossido di Grafene (GO), che è dispersibile in solventi. Il nuovo metodo ha combinato l’acido del metodo di Hummers e l’ossidante del metodo di Brodie per produrre GO in modo semplice ma con un numero ridotto di difetti.

Tuttavia, mentre il Grafene ha un vasto potenziale di applicazione, non è ancora ampiamente utilizzato e viene ancora esplorato. La limitata quantità di produzione, l’alto costo e i rischi per la salute sono i fattori più grandi che limitano l’adozione del Grafene. Tuttavia, uno di questi fattori potrebbe non essere così limitante.

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Studio su volontari umani mostra che inalare Grafene è sicuro

Il Grafene è stato isolato per la prima volta da scienziati come Andre Geim e Konstantin Novoselov nel 2004, per il quale hanno ricevuto il Premio Nobel per la Fisica nel 2010. Definito come un “materiale meraviglioso”, il Grafene è stato esplorato in tutto il mondo, compreso nel settore sanitario, attraverso dispositivi e sensori impiantabili.

Nel settore sanitario, il materiale viene anche indagato in relazione a terapie mirate contro condizioni come il cancro. Ma, naturalmente, prima che il materiale possa essere utilizzato per scopi medici, deve essere testato per eventuali effetti avversi. E uno studio recente suggerisce che un tipo specifico di Grafene può essere inalato senza alcun rischio acuto per la salute umana.

Questo trial clinico, che ha coinvolto la prima esposizione controllata, ha utilizzato una forma sottile e ultra-pura di ossido di Grafene (GO) compatibile con l’acqua.

Il Grafene è un nanomateriale bidimensionale di uno o pochi strati di reticolo di carbonio, e la sua forma ossidata ha mostrato promesse nella scienza biomedica grazie alla sua compatibilità con le cellule del sangue, idrofilia, alta superficie per la funzionalizzazione chimica e ragionevole stabilità colloidale in soluzioni biologicamente rilevanti. I materiali a ossido di Grafene stratificati, in particolare, vengono studiati per applicazioni di membrane.

Mentre viene sviluppato per applicazioni ampie, come ha notato lo studio, i nanomateriali a ossido di Grafene sono associati a potenziali preoccupazioni di sicurezza per la salute umana. Pertanto, il team ha condotto un trial controllato randomizzato in doppio cieco per scoprire come l’inalazione di questo materiale influenzi le funzioni acute dei polmoni e dei vasi sanguigni.

I materiali di ossido di Grafene altamente purificati, sottili e privi di metalli e endotossine sono stati sintetizzati utilizzando un metodo di Hummers modificato. Le nanolamelle di ossido di Grafene (strutture bidimensionali con spessore tra 1 e 100 nm) erano di dimensioni strettamente definite e non presentavano contaminazione elementale.

Più di una dozzina di volontari hanno preso parte allo studio, dove hanno sperimentato un’esposizione controllata, che ha comportato l’inalazione del materiale attraverso una maschera facciale. I partecipanti hanno inalato l’ossido di Grafene per due ore mentre pedalavano in una camera di esposizione mobile progettata appositamente.

I volontari sono tornati per esposizioni controllate ripetute alcune settimane dopo. Questa volta, la ricerca si è concentrata sull’esperimento con particelle di ossido di Grafene di varie dimensioni.

Quindi, i 14 giovani volontari sani hanno inalato nanolamelle di ossido di Grafene piccole e ultra-piccole con una concentrazione di 200 μg m−3 (microgrammi per metro cubo d’aria) in visite ripetute.

Sfruttare al massimo la nanotecnologia

Lo studio ha misurato gli effetti del materiale sulla funzione polmonare, sulla coagulazione del sangue, sulla pressione sanguigna e sull’infiammazione nel sangue prima dell’esposizione e a intervalli di due ore.

I ricercatori non hanno trovato effetti avversi del materiale sulla pressione sanguigna o sulla funzione polmonare. Non ha avuto reazioni sfavorevoli in altri parametri biologici esaminati. Tuttavia, hanno notato che l’inalazione di ossido di Grafene potrebbe influenzare il modo in cui il sangue si coagula, ma hanno sottolineato che l’effetto è stato molto piccolo.

Per quanto riguarda l’analisi della proteomica del sangue altamente arricchita, ha mostrato poche proteine plasmatiche differenziali, mentre la formazione di trombi è stata aumentata solo leggermente in un modello ex vivo di lesione arteriosa.

Questo studio, secondo il professor Kostas Kostarelos, Università di Manchester e Istituto catalano di nanoscienza e nanotecnologia (ICN2) di Barcellona, dimostra che forme pure di ossido di Grafene possono essere ulteriormente sviluppate minimizzando il rischio per la salute umana.

“Ci è voluto più di dieci anni per sviluppare le conoscenze necessarie per condurre questa ricerca, dal punto di vista sia dei materiali che della scienza biologica, ma anche dalla capacità clinica di condurre studi controllati in modo sicuro.”

Lo studio è stato condotto da ricercatori delle Università di Edimburgo e Manchester e finanziato da UKRI EPSRC e dalla British Heart Foundation. Secondo i ricercatori, ulteriori lavori sono necessari per capire se dosi più elevate di diverse forme di Grafene avrebbero un effetto diverso sulla salute.

Il team di ricercatori è ulteriormente interessato a esplorare se un’esposizione prolungata all’ossido di Grafene potrebbe causare ulteriori rischi per la salute.

Mentre i nanomateriali come il Grafene offrono grandi promesse, è necessario assicurarsi che “vengano prodotti in modo sicuro prima di poter essere utilizzati più ampiamente nelle nostre vite”, ha detto il dottor Mark Miller (BSc, PhD), ricercatore senior al Centro di scienza cardiovascolare dell’Università di Edimburgo.

Esplorare la sicurezza del Grafene negli esseri umani aiuterà a comprendere come questo materiale unico potrebbe influenzare il corpo e “con un design attento, possiamo sfruttare al meglio la nanotecnologia”, ha aggiunto.

Per quanto riguarda i limiti dello studio, i ricercatori hanno notato che ha rilevato solo cambiamenti nei parametri biologici in base al loro lavoro precedente con nanoparticelle di scarico diesel, e il numero dei partecipanti potrebbe essere insufficiente per rilevare gli effetti più sottili dell’inalazione di ossido di Grafene.

Inoltre, i ricercatori hanno scelto la dose specificamente per prevenire effetti fisiologici evidenti, suggerendo che concentrazioni più elevate di ossido di Grafene o tempi di esposizione più lunghi potrebbero rivelare effetti non osservati in questo studio.

Inoltre, l’incapacità di estendere lo studio oltre le 6 ore ha probabilmente fatto sì che si perdessero alcuni percorsi infiammatori.

Detto questo, lo studio dimostra chiaramente che inalare nanolamelle di ossido di Grafene ultra-pure e sottili, che sono nanometriche, non influisce sui soggetti sani. In questo modo, getta le basi per indagare gli effetti di altri nanomateriali bidimensionali (sostanze piatte, non a forma sferica con una dimensione <100 nm) sugli esseri umani.

Questo studio apre la porta per lo sviluppo di nuovi metodi di somministrazione di farmaci per trattare le malattie. Quando si progetta un sistema di somministrazione di farmaci ottimizzato, l’obiettivo è quello di trasportare agenti terapeutici in modo controllabile, minimizzando gli effetti collaterali sui tessuti sani.

È sicuramente un grande passo verso una valutazione completa dei rischi del Grafene e dei nanomateriali bidimensionali che hanno il potenziale per affrontare molte sfide globali per adottare un approccio “progettato per la sicurezza” per sfruttare appieno il potenziale di questo materiale unico.

Aziende che esplorano il Grafene

Le soluzioni basate su Grafene possono essere molto vantaggiose per molte industrie e per molte aziende come Tesla, Samsung, Lockheed Martin, Ford, Intel e 3M, tra gli altri. Ora, diamo uno sguardo alle aziende che stanno esplorando il Grafene e sviluppando soluzioni basate su questo materiale:

#1. Graphenea

Il principale produttore di materiali a base di Grafene, Graphenea fornisce Grafene di alta qualità per la ricerca e le applicazioni industriali. Il portafoglio della società include ossido di Grafene, chip di transistor a effetto di campo di Grafene (GFET), film di Grafene CVD e servizi di fondazione di Grafene (GFAB).

L’elenco dei prodotti di Graphenea include una carta Graphenea e mGFET-4D e mGEFD-4P per applicazioni di rilevamento. L’azienda è partner del Graphene Flagship, il più grande progetto di ricerca in Europa per gli sforzi coordinati con un budget di 1 miliardo di euro.

#2. Haydale Graphene Industries

L’azienda tecnologica globale si specializza nell’elaborazione del Grafene, tra gli altri nanomateriali, per varie applicazioni. Con un capitale di mercato di 4,44 milioni, le azioni di Haydale Graphene Industries (HAYD-GB: London Stock Exchange) sono scambiate a 0,45, in calo del 5,26% dall’inizio dell’anno. L’azienda ha un utile (TTM) di -0,85 e un P/E (TTM) di -0,53.

L’azienda ha recentemente collaborato con PETRONAS Ventures, il braccio di commercializzazione tecnologica della società petrolifera e del gas malese Petroliam Nasional Berhad, per funzionalizzare il Grafene per applicazioni di prodotto.

#3. IBM

Questo gigante tecnologico ha esplorato il Grafene nell’elettronica. Circa un decennio fa, IBM ha costruito un chip di Grafene che era 10.000 volte più veloce dei precedenti circuiti integrati di Grafene. Poi, molti anni dopo, IBM ha utilizzato le proprietà uniche del Grafene per sviluppare tecniche di fabbricazione che hanno consentito la scalabilità dei dispositivi semiconduttori a dimensioni di caratteristiche inferiori a 7 nanometri su wafer di silicio.

Ciò rappresenta un notevole balzo nella tecnologia dei semiconduttori, spingendo i confini della miniaturizzazione e delle prestazioni. IBM ha investito molto tempo e miliardi di dollari nel futuro della nanoelettronica, compreso l’uso del Grafene.

Con un capitale di mercato di 164 miliardi di dollari, le azioni della società (IBM: NYSE) sono scambiate a 181,20 dollari, in aumento del 9,87% dall’inizio dell’anno. IBM ha registrato un fatturato (TTM) di 61,86 miliardi di dollari e ha un utile per azione (TTM) di 8,03, un P/E (TTM) di 22,37 e un ROE (TTM) del 33,36%. L’azienda paga anche un dividendo del 3,70%.

Conclusione

Il Grafene, un materiale estremamente diversificato, trova vaste applicazioni nei settori dell’energia, dell’elettronica e dell’edilizia. Nel settore tecnologico, questo materiale può cambiare completamente il modo in cui interagiamo con la tecnologia. Questo studio dimostra inoltre che il settore sanitario può utilizzare questo materiale unico in modo sicuro senza alcun effetto dannoso sulla salute umana e sul corpo.

Tuttavia, raggiungere i pieni benefici del Grafene richiede una produzione su larga scala a basso costo, un obiettivo che deve ancora essere raggiunto. Nonostante ciò, non si può negare che il Grafene sia il “materiale del futuro” e a ragione. Essendo il materiale più sottile, flessibile e resistente del mondo, annuncia una vera rivoluzione che può cambiare il mondo.

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