Desenvolvimento de Soluções à Base de Grafeno Mais Provável à Medida que os Efeitos na Saúde Se Revelam Mínimos

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 importante, e não como um elemento. Você o encontrará comumente na mina de um lápis.

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

Este material único é cinco vezes mais leve que o alumínio, que por sua vez é três vezes mais leve que o aço, e possui propriedades diversas. Entre elas estão 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 prolonga significativamente a vida útil das baterias e reduz o tempo de carregamento, melhorando a eficiência energética e a durabilidade dos dispositivos, ao mesmo tempo que evita o superaquecimento. Sua leveza supera uma das limitações importantes dos drones — a fabricação pesada de baterias para armazenamento de energia.

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

Na construção, o grafeno melhora o isolamento dos edifícios e oferece resistência à umidade, corrosão e fogo, contribuindo para uma melhor regulação térmica nas residências. Assim, pode ser muito benéfico no setor de energia renovável, pois gerará mais energia do que a atualmente produzida. Enquanto isso, na área da saúde, pode ajudar a criar aparelhos auditivos mais leves, bem como ossos e músculos por meio de procedimentos cirúrgicos.

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

Dadas as variadas propriedades do grafeno e seu potencial para revolucionar tantos setores diferentes, a comunidade científica tem acompanhado de perto o grafeno. Pesquisadores e empresas ao redor do mundo têm estudado e experimentado este material.

Nesta semana, um estudo de físicos do MIT encontrou um “efeito Hall anômalo quântico fracionário” no grafeno. O efeito Hall quântico fracionário é algo extremamente raro que, se controlado, pode ajudar a construir computadores quânticos tolerantes a falhas.

Esse efeito é observado 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 campo magnético. Essa descoberta tem implicações significativas para o campo da física fundamental. É provável que abra caminho para uma nova forma de computação quântica substancialmente mais resistente a perturbações.

Em outro estudo, pesquisadores revelaram um método inovador de sintetizar 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 maneira simples, porém com um pequeno número de defeitos.

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

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Ensaio Humano Mostra que Inalar Grafeno é Seguro

O grafeno foi isolado pela primeira vez pelos cientistas Andre Geim e Konstantin Novoselov em 2004, pelos quais receberam o Prêmio Nobel de Física em 2010. Elogiado como um “material milagroso”, o grafeno tem sido explorado ao redor do mundo, inclusive na área da saúde, por meio de dispositivos e sensores implantáveis.

Na área da saúde, o material também está sendo investigado em relação a terapias direcionadas contra condições como o câncer. Mas, claro, antes que o material possa ser usado para fins médicos, ele deve ser testado quanto a possíveis efeitos adversos. E um estudo recente sugere que um tipo específico de grafeno pode ser inalado sem risco agudo à saúde humana.

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

O grafeno é um nanomaterial 2D de uma única ou poucas camadas de rede de carbono, e sua forma oxidada tem demonstrado potencial nas ciências biomédicas graças à sua compatibilidade com células sanguíneas, hidrofobicidade, 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 membranas. Contudo, há dados toxicológicos limitados e inconsistentes disponíveis para o óxido de grafeno.

Embora estejam sendo desenvolvidos para aplicações amplas, como o estudo observou, os nanomateriais de óxido de grafeno estão associados a potenciais preocupações de segurança para a saúde humana. Como resultado, a equipe realizou um ensaio duplo‑cego, randomizado e controlado para descobrir como a inalação deste material influencia as funções agudas dos pulmões e dos vasos sanguíneos.

Os materiais de GO altamente purificados, finos e livres de metais e endotoxinas foram sintetizados usando um método modificado de Hummers. As nanosheets de GO (nanostruturas 2D com espessura entre 1 e 100 nm) tinham tamanho bem definido e não apresentavam contaminação elementar. O estudo utilizou duas dimensões laterais: GO pequeno (s‑GO) e GO ultrapequeno (us‑GO).

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

Assim, os 14 voluntários jovens e saudáveis inalou tanto GO pequeno quanto GO ultrapequeno com uma concentração de 200 μg m−3 (microgramas por metro cúbico de ar) em visitas repetidas. A concentração real de s‑GO foi 214 ± 23 μg m−3, e a de us‑GO foi 224 ± 17 μg m−3, mantidas em nível constante durante as duas horas.

Aproveitando ao Máximo a Nanotecnologia

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

Os pesquisadores não encontraram efeitos adversos do material na pressão arterial ou na função pulmonar. Não houve reação desfavorável em outros parâmetros biológicos analisados. Contudo, observaram que a inalação de óxido de grafeno pode influenciar a forma como o sangue coagula, embora tenham enfatizado que o efeito foi muito pequeno.

Quanto à análise da proteômica sanguínea altamente enriquecida, foram observadas muito poucas proteínas plasmáticas diferenciais, enquanto a formação de trombos aumentou apenas levemente em um modelo ex vivo de lesão arterial.

Este estudo, segundo o Professor Kostas Kostarelos, da Universidade de Manchester, e o 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 à saúde humana. Ele observou:

“Demorou mais de dez anos para desenvolvermos o conhecimento necessário para conduzir esta pesquisa, tanto do ponto de vista dos materiais e da ciência biológica, quanto da capacidade clínica de realizar estudos controlados com segurança.”

O estudo foi conduzido por pesquisadores das Universidades de Edimburgo e Manchester e financiado pelo UKRI EPSRC e pela British Heart Foundation. Segundo os pesquisadores, trabalhos adicionais são necessários para determinar se doses mais altas de diferentes formas de grafeno teriam efeitos diferentes na saúde. A equipe também está interessada em explorar se exposições prolongadas ao óxido de grafeno causariam riscos adicionais à saúde.

Embora nanomateriais como o grafeno tenham grande promessa, é preciso garantir que “sejam fabricados de forma segura antes de serem amplamente utilizados em nossas vidas”, disse o Dr. Mark Miller (BSc, PhD), pesquisador sênior no Centre for Cardiovascular Science da Universidade de Edimburgo. Explorar a segurança do grafeno em humanos nos ajudará a entender como este material único pode afetar o corpo, e “com design cuidadoso, podemos aproveitar a nanotecnologia com segurança”, acrescentou.

Quanto às limitações do estudo, os pesquisadores observaram que ele só detectou mudanças em parâmetros biológicos com base em trabalhos anteriores com nanopartículas de exaustão 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 evidentes, sugerindo que concentrações mais altas de GO ou durações de exposição mais longas poderiam revelar efeitos não observados neste estudo. A impossibilidade de estender o estudo além de 6 horas também pode ter impedido a captura de algumas vias inflamatórias.

Dito isso, o estudo demonstra claramente que inalar as nanosheets de óxido de grafeno ultra‑puras e finas, que têm tamanho nanométrico, não afeta humanos saudáveis. Dessa forma, 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 portas para o desenvolvimento de novos métodos de entrega de fármacos 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 rumo a uma avaliação de risco abrangente do grafeno e dos nanomateriais 2D que têm potencial para enfrentar múltiplos desafios globais, adotando uma abordagem de design seguro para aproveitar o verdadeiro potencial deste material único.

Empresas que Exploram o Grafeno

Soluções baseadas em grafeno podem beneficiar enormemente muitas indústrias e inúmeras empresas como Tesla (TSLA ), Samsung, Lockheed Martin (LMT ), Ford, Intel (INTC ) e 3M, entre outras. Agora, vamos analisar as empresas que estão explorando o grafeno e desenvolvendo soluções baseadas no material:

#1. Graphenea

O principal fabricante de materiais baseados em grafeno, a Graphenea fornece grafeno de alta qualidade para pesquisas e aplicações industriais. O portfólio da empresa inclui Óxido de Grafeno, chips de Transistores 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 ainda um cartão Graphenea e os modelos mGFET‑4D e mGEFD‑4P para aplicações de sensoriamento. A empresa é parceira da Graphene Flagship, considerada a maior iniciativa de pesquisa na Europa, com um orçamento de €1 bilhão.

#2. Haydale Graphene Industries

A empresa de tecnologia global especializa‑se no processamento de grafeno, entre outros nanomateriais, para diversas aplicações. Com capitalização de mercado de 4,44 milhões, as ações da Haydale Graphene Industries (HAYD‑GB: London Stock Exchange) são negociadas a 0,45, com queda de 5,26 % no acumulado do ano (YTD). A empresa apresenta um EPS (TTM) de –0,85 e um P/E (TTM) de –0,53.

O lucro líquido ano a ano caiu 28,20 % para um prejuízo de 6,17 mln, apesar de um aumento de mais de 48 % nas receitas para 4,30 mln, devido ao aumento do custo dos bens vendidos como porcentagem das vendas. No segundo semestre do ano passado, a Haydale levantou £5 milhões por meio de uma subscrição a 0,5 p/ação e ofereceu até £1 milhão em oferta de varejo para investidores individuais.

Recentemente, a empresa fez parceria com a PETRONAS Ventures, braço de comercialização tecnológica da empresa malaia de petróleo e gás Petroliam Nasional Berhad, para funcionalizar o grafeno em aplicações de produto. Essa colaboração buscou avançar a produção em massa de produtos baseados em grafeno em inúmeras indústrias.

Em dez de 2023, o Governo do País de Gales concedeu à empresa financiamento SMART para desenvolver fluidos de transferência de calor impregnados com grafeno em parceria com a fabricante de fluidos de transferência de calor à base de água Hydratech.

#3. IBM

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

Isso representa um salto significativo na tecnologia de semicondutores, ampliando os limites da miniaturização e desempenho. A IBM tem investido muito tempo e bilhões de dólares no futuro da nanoeletrônica, inclusive usando grafeno.

Com capitalização de mercado de US$ 164 bilhões, as ações da empresa (IBM: NYSE) têm sido negociadas a US$ 181,20, alta de 9,87 % no acumulado do ano. A IBM registrou receita (TTM) de US$ 61,86 bilhões e apresenta EPS (TTM) de 8,03, P/E (TTM) de 22,37 e ROE (TTM) de 33,36 %. A empresa também paga dividendos com rendimento de 3,70 %.

Conclusão

O grafeno, um material extremamente diverso, encontra vastas aplicações nos setores de energia, eletrônica e construção. No setor tecnológico, este material pode mudar completamente a forma como interagimos com a tecnologia. Este estudo demonstra ainda que o setor médico pode usar este material único com segurança, sem efeitos prejudiciais à saúde humana e ao corpo. Contudo, alcançar os benefícios completos do grafeno requer produção em escala massiva a baixo custo, um marco que ainda não foi atingido.

No entanto, não se pode negar que o grafeno é o “material do futuro”, e com razão. Sendo o material mais fino, mais flexível e mais forte do mundo, ele anuncia uma revolução real que pode mudar o mundo.

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