Desenvolvimento de Soluções Baseadas em Grafeno Mais Provável à Medida que os Efeitos na Saúde Aparecem Minimais

O grafeno, com seu enorme potencial, representa um avanço significativo na ciência dos materiais. Extraído do grafite, uma forma cristalina de carbono, o grafeno se destaca como um material notavelmente significativo, em vez de um elemento. Você normalmente o encontrará na ponta de um lápis.

Como o material mais fino, com apenas um átomo de espessura, o grafeno se distingue por sua leveza, elasticidade e resistência. Ele possui uma resistência 200 vezes maior do que o aço e uma espessura mil vezes menor do que o cabelo humano.

Este material único é cinco vezes mais leve do que o alumínio, que por sua vez é três vezes mais leve do que o aço, e possui propriedades diversas. Isso inclui a capacidade de absorver luz e alta condutividade elétrica e térmica, abrindo caminho para inovações em vários setores.

Na indústria eletrônica, a alta condutividade do grafeno estende a vida útil das baterias de forma significativa e reduz o tempo de carregamento, melhorando a eficiência energética e a durabilidade dos dispositivos, além de prevenir o superaquecimento. Sua leveza supera uma das limitações significativas dos drones – a fabricação pesada de baterias para armazenamento de energia.

A flexibilidade do grafeno e sua capacidade de absorver luz mínima o tornam ideal para a fabricação de telas duráveis para vários dispositivos. Enquanto isso, sua resistência o torna um componente crucial para avanços no setor de iluminação.

Na construção, o grafeno melhora a isolamento de edifícios e oferece resistência à umidade, corrosão e fogo, contribuindo para uma melhor regulação térmica em residências. Portanto, pode ser muito benéfico no setor de energia renovável, pois pode gerar mais energia do que a atualmente produzida. Além disso, na saúde, pode ajudar a criar aparelhos auditivos mais leves, bem como ossos e músculos por meio de operações cirúrgicas.

As aplicações possíveis do grafeno incluem ainda transistores, antenas, chips de computador, supercapacitores, sequenciamento de DNA, filtros de água e células solares.

Dada a variedade de propriedades do grafeno e seu potencial para revolucionar tantos setores diferentes, a comunidade científica tem mantido um olhar atento sobre o grafeno. Pesquisadores e empresas de todo o mundo têm estudado e experimentado com esse material.

Somente esta semana, um estudo realizado por físicos do MIT descobriu um “efeito quântico anômalo de Hall fracionário” no grafeno. O efeito quântico de Hall fracionário é uma coisa extremamente rara que, se controlada, pode ajudar a construir computadores quânticos tolerantes a falhas.

Este efeito é visto apenas algumas vezes, e geralmente sob campos magnéticos muito altos e cuidadosamente mantidos. Mas desta vez, o efeito foi visto em um material que os cientistas não esperavam e, além disso, na ausência de um campo magnético. Esta descoberta tem implicações significativas para o campo da física fundamental. É provável que abra caminho para uma nova forma de computação quântica que seja substancialmente mais resistente a perturbações.

Em outro estudo, os pesquisadores revelaram um novo método de síntese de óxido de grafeno (GO), que é dispersível em solventes. O novo método combinou o ácido do método de Hummers e o oxidante do método de Brodie para produzir GO de forma simples, mas com um pequeno número de defeitos.

No entanto, embora o grafeno tenha um potencial de aplicação vasto, ele ainda não é amplamente utilizado e ainda está sendo explorado. A produção limitada, o alto custo e os riscos à saúde são os principais fatores que limitam a adoção do grafeno. No entanto, um desses fatores pode não ser tão limitante.

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Ensaio Clínico Mostra que Inalar Grafeno é Seguro

O grafeno foi isolado pela primeira vez por cientistas Andre Geim e Konstantin Novoselov em 2004, pelo que receberam o Prêmio Nobel de Física em 2010. Louvado como um “material maravilhoso”, o grafeno tem sido explorado em todo o mundo, incluindo no campo da saúde, por meio de dispositivos e sensores implantáveis.

Na saúde, o material também está sendo investigado em relação a terapias direcionadas contra condições como o câncer. Mas, é claro, antes que o material possa ser usado para fins médicos, ele deve ser testado para qualquer efeito adverso potencial. E um estudo recente sugere que um tipo específico de grafeno pode ser inalado sem qualquer risco agudo para a saúde humana.

Este ensaio clínico, que envolveu a primeira exposição controlada, fez uso de uma forma fina, ultra-pura e compatível com água do material — óxido de grafeno (GO).

O grafeno é um nanomaterial bidimensional de uma ou poucas camadas de rede de carbono, e sua forma oxidada mostrou promessa em ciências biomédicas devido à sua compatibilidade com células sanguíneas, hidrofilicidade, alta área de superfície para funcionalização química e estabilidade coloidal razoável em soluções biologicamente relevantes. Materiais de óxido de grafeno em camadas, em particular, são estudados para aplicações de membrana. No entanto, há dados toxicológicos limitados e inconsistentes disponíveis para o óxido de grafeno.

Enquanto está sendo desenvolvido para aplicações amplas, como notou o estudo, os nanomateriais de óxido de grafeno estão associados a preocupações de segurança potenciais para a saúde humana. Como resultado, a equipe realizou um ensaio clínico duplo-cego e randomizado para descobrir como inalar esse material influencia as funções agudas dos pulmões e vasos sanguíneos.

Os materiais de óxido de grafeno altamente purificados, finos e livres de metais e endotoxinas foram sintetizados usando um método modificado de Hummers. As nanofolhas de GO (nanoestruturas bidimensionais com espessura entre 1 e 100 nm) tinham um tamanho definido e não apresentavam contaminação elemental. O estudo usou duas dimensões laterais: óxido de grafeno pequeno (s-GO) e óxido de grafeno ultrapequeno (us-GO).

Mais de uma dúzia de voluntários participaram do estudo, onde experimentaram exposição controlada, que envolvia respirar o material por meio de uma máscara facial. O óxido de grafeno foi respirado pelos participantes por duas horas enquanto pedalavam em uma câmara de exposição móvel projetada. Os voluntários então retornaram para exposições controladas repetidas algumas semanas depois. Desta vez, a pesquisa se concentrou em experimentar partículas de óxido de grafeno de vários tamanhos.

Os 14 voluntários jovens e saudáveis inalaram tanto nanofolhas de s-GO quanto de us-GO com uma concentração de 200 μg m−3 (microgramas por metro cúbico de ar) em visitas repetidas. A concentração real de s-GO foi de 214 ± 23 μg m−3, e de us-GO foi de 224 ± 17 μg m−3, que foram mantidas em um nível constante durante as duas horas.

Aproveitando ao Máximo a Nanotecnologia

O estudo mediu os efeitos do material na função pulmonar, coagulação sanguínea, pressão sanguínea e inflamação no sangue antes da exposição e em intervalos de duas horas.

Os pesquisadores não encontraram efeitos adversos do material na pressão sanguínea ou na função pulmonar. Ele não teve reação desfavorável em outros parâmetros biológicos que foram examinados. No entanto, eles notaram que a inalação de óxido de grafeno pode influenciar a forma como o sangue coagula, mas enfatizaram que o efeito foi muito pequeno.

Quanto à análise da proteômica sanguínea altamente enriquecida, ela mostrou muito poucos proteínas plasmáticas diferenciais, enquanto a formação de trombo foi apenas ligeiramente aumentada em um modelo ex vivo de lesão arterial.

Este estudo, de acordo com o Professor Kostas Kostarelos, da Universidade de Manchester e do Instituto Catalão de Nanociência e Nanotecnologia (ICN2) em Barcelona, demonstra que formas puras de óxido de grafeno podem ser desenvolvidas ainda mais, minimizando o risco para a saúde humana. Ele observou:

“Levou mais de dez anos para desenvolver o conhecimento para realizar esta pesquisa, do ponto de vista da ciência dos materiais e da biologia, mas também da capacidade clínica de realizar estudos controlados de forma segura.”

O estudo foi realizado por pesquisadores das Universidades de Edimburgo e Manchester e foi financiado pela UKRI EPSRC e pela British Heart Foundation. De acordo com os pesquisadores, mais trabalho é necessário para descobrir se doses mais altas de diferentes formas de grafeno teriam um efeito diferente na saúde. A equipe de pesquisadores também está interessada em explorar se a exposição prolongada ao óxido de grafeno causaria riscos adicionais à saúde.

Enquanto nanomateriais como o grafeno têm um grande potencial, é necessário garantir que “eles sejam fabricados de uma maneira segura antes que possam ser usados mais amplamente em nossas vidas”, disse o Dr. Mark Miller (BSc, PhD), um pesquisador sênior do Centro de Ciência Cardiovascular da Universidade de Edimburgo. Explorar a segurança do grafeno em humanos nos ajudará a entender como esse material único pode afetar o corpo, e “com um design cuidadoso, podemos aproveitar ao máximo a nanotecnologia”, acrescentou.

Quando se trata das limitações do estudo, os pesquisadores observaram que ele apenas detectou alterações nos parâmetros biológicos com base em seu trabalho anterior com nanopartículas de escapamento de diesel, e o número de participantes pode ser insuficiente para detectar efeitos mais sutis da inalação de GO.

Além disso, os pesquisadores escolheram a dosagem especificamente para evitar efeitos fisiológicos óbvios, sugerindo que concentrações mais altas de GO ou durações de exposição mais longas podem revelar efeitos não observados neste estudo. Além disso, a incapacidade de estender o estudo além de 6 horas significou que ele provavelmente perdeu a captura de algumas vias inflamatórias.

No entanto, o estudo claramente mostra que inalar nanofolhas de óxido de grafeno ultra-purificadas e finas, que são nanômetros de tamanho, não afeta humanos saudáveis. Dessa forma, ele estabelece as bases para investigar os efeitos de outros nanomateriais bidimensionais (substâncias planas, não esféricas com uma dimensão <100 nm) em humanos.

Este estudo abre a porta para o desenvolvimento de novos métodos de entrega de medicamentos para tratar doenças. Ao projetar um sistema de entrega de medicamentos otimizado, o objetivo é transportar agentes terapêuticos de forma controlada, minimizando efeitos colaterais em tecidos saudáveis.

É certamente um grande passo em direção a uma avaliação de risco abrangente do grafeno e nanomateriais bidimensionais que têm o potencial de abordar múltios desafios globais para adotar uma abordagem de segurança por design para aproveitar ao máximo o potencial desse material único.

Empresas que Exploram o Grafeno

As soluções baseadas em grafeno podem trazer grandes benefícios para muitas indústrias e empresas, como Tesla, Samsung, Lockheed Martin, Ford, Intel e 3M, entre outras. Agora, vamos dar uma olhada nas empresas que estão explorando o grafeno e desenvolvendo soluções baseadas nesse material:

#1. Graphenea

O principal fabricante de materiais baseados em grafeno, a Graphenea fornece grafeno de alta qualidade para aplicações de pesquisa e industriais. O portfólio da empresa consiste em óxido de grafeno, chips de transistor de efeito de campo de grafeno (GFETs), filmes de grafeno CVD e serviços de fundição de grafeno (GFAB).

A lista de produtos da Graphenea inclui, entre outros, um cartão Graphenea e mGFET-4D e mGEFD-4P para aplicações de sensoriamento. A empresa é parceira da Graphene Flagship, considerada a maior iniciativa de pesquisa na Europa para esforços coordenados com um orçamento de €1 bilhão.

#2. Haydale Graphene Industries

A empresa de tecnologia global se especializa no processamento de grafeno, entre outros nanomateriais, para várias aplicações. Com um valor de mercado de 4,44 milhões, as ações da Haydale Graphene Industries (HAYD-GB: London Stock Exchange) estão sendo negociadas a 0,45, uma queda de 5,26% no ano até o momento (YTD). A empresa tem um lucro (TTM) de -0,85 e um P/E (TTM) de -0,53.

A empresa recentemente fez parceria com a PETRONAS Ventures, o braço de comercialização de tecnologia da empresa de óleo e gás da Malásia Petroliam Nasional Berhad, para funcionalizar o grafeno para aplicações de produtos. Essa colaboração foi uma tentativa de avançar na produção em massa de produtos baseados em grafeno em diversas indústrias.

Em dezembro de 2023, o governo galês deu à empresa financiamento SMART para desenvolver fluidos de transferência de calor infundidos com grafeno em parceria com o fabricante de fluidos de transferência de calor baseados em água Hydratech.

#3. IBM

Essa gigante da tecnologia tem explorado o grafeno na eletrônica. Há cerca de uma década, a IBM construiu um chip de grafeno que era 10.000 vezes mais rápido do que os ICs de grafeno anteriores. Mais tarde, a IBM utilizou as propriedades únicas do grafeno para desenvolver técnicas de fabricação que permitiram a escala de dispositivos semicondutores para tamanhos de recurso menores que 7 nanômetros em wafers de silício.

Isso representa um salto significativo na tecnologia de semicondutores, empurrando os limites da miniaturização e do desempenho. A IBM tem investido muito tempo e bilhões de dólares no futuro da nanoeletrônica, incluindo o uso do grafeno.

Com um valor de mercado de $164 bilhões, as ações da empresa (IBM: NYSE) estão sendo negociadas a $181,20, um aumento de 9,87% no ano até o momento (YTD). A IBM registrou uma receita (TTM) de $61,86 bilhões e tem um lucro (TTM) de 8,03, um P/E (TTM) de 22,37 e um ROE (TTM) de 33,36%. A empresa também paga um dividendo de 3,70%.

Conclusão

O grafeno, um material extremamente diverso, encontra aplicações vastas em setores de energia, eletrônica e construção. No setor de tecnologia, esse material pode mudar completamente a forma como interagimos com a tecnologia. Esse estudo demonstra ainda que o setor médico pode usar esse material único de forma segura, sem efeitos prejudiciais à saúde humana e ao corpo. No entanto, para alcançar os benefícios plenos do grafeno, é necessário a produção em larga escala a um baixo custo, um marco que ainda não foi alcançado.

Não obstante, não se pode negar que o grafeno é o “material do futuro” e, com justiça. Como o material mais fino, flexível e forte do mundo, ele anuncia uma revolução real que pode mudar o mundo.

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