Mas Malamang na Umusbong ang mga Solusyong Batay sa Graphene Habang Minimal ang Epekto sa Kalusugan

Ang Graphene, na may napakalaking potensyal, ay kumakatawan sa isang mahalagang pag-usbong sa agham ng materyales. Kinukuha mula sa graphite, isang kristalinong anyo ng carbon, ang Graphene ay itinuturing na isang kahanga-hangang mahalagang materyal kaysa isang elemento. Karaniwan mo itong makikita sa lead ng lapis.

Bilang pinakamainam na manipis na materyal na may kapal lamang ng isang atom, ang Graphene ay namumukod-tangi sa kanyang gaan, elastisidad, at tibay. Mayroon itong resistensya na 200 beses na mas mataas kaysa bakal at kapal na libong beses na mas manipis kaysa buhok ng tao.

Ang natatanging materyal na ito ay limang beses na mas magaan kaysa aluminyo, na mismo ay tatlong beses na mas magaan kaysa bakal, at nagtataglay ng iba’t ibang katangian. Kabilang dito ang kakayahang sumipsip ng liwanag at mataas na konduktibidad sa kuryente at init, na nagbubukas ng daan para sa mga inobasyon sa iba’t ibang sektor.

Sa industriya ng elektronika, ang mataas na konduktibidad ng Graphene ay nagpapahaba nang malaki sa buhay ng mga baterya at nagpapabilis ng oras ng pag-charge, na nagpapahusay ng kahusayan sa enerhiya at tibay ng mga aparato habang pinipigilan ang sobrang pag-init. Ang gaan nito ay nalulutas ang isa sa mga pangunahing limitasyon ng mga drone— ang mabigat na paggawa ng mga baterya para sa imbakan ng enerhiya.

Ang kakayahang yumuko ng Graphene at sumipsip ng kaunting liwanag ay ginagawang perpekto ito para sa paggawa ng matibay na mga screen para sa iba’t ibang aparato. Samantala, ang tibay nito ay nagiging mahalagang sangkap para sa mga pag-unlad sa sektor ng ilaw.

Sa konstruksyon, pinapabuti ng Graphene ang insulasyon ng mga gusali at nagbibigay ng resistensya laban sa kahalumigmigan, korosyon, at apoy, na nag-aambag sa mas mahusay na regulasyon ng init sa mga tahanan. Dahil dito, maaari itong maging lubos na kapaki-pakinabang sa sektor ng renewable energy dahil makakalikha ito ng mas maraming enerhiya kaysa sa kasalukuyang nalilikha. Samantala, sa pangangalagang pangkalusugan, makatutulong ito sa paggawa ng mas magaan na mga hearing aid pati na rin sa pagbuo ng mga buto at kalamnan sa pamamagitan ng mga operasyon.

Kasama pa sa posibleng mga aplikasyon ng Graphene ang mga transistor, antena, chip ng computer, supercapacitor, DNA sequencing, mga filter ng tubig, at mga selula ng solar.

Dahil sa iba’t ibang katangian ng Graphene at ang potensyal nito na baguhin ang napakaraming sektor, ang komunidad ng siyentipiko ay patuloy na nagbabantay sa Graphene. Ang mga mananaliksik at kumpanya sa buong mundo ay nag-aaral at nagsasagawa ng mga eksperimento sa materyal na ito.

Just this week, isang pag-aaral ng mga pisiko ng MIT ang nakakita ng “fractional quantum anomalous Hall effect” sa Graphene. Ang Fractional quantum Hall effect ay isang napakabihirang pangyayari na, kung makokontrol, makatutulong sa pagbuo ng mga quantum computer na may fault-tolerance.

Ang epekto ay bihirang nakikita lamang ng ilang ulit, at kadalasan sa napakataas, maingat na pinapanatiling magnetic fields. Ngunit sa pagkakataong ito, nakita ang epekto sa isang materyal na hindi inaasahan ng mga siyentipiko, at higit pa, nang walang magnetic field. Ang pagtuklas na ito ay may malaking implikasyon para sa larangan ng pundamental na pisika. Malamang na magbubukas ito ng daan para sa isang bagong anyo ng quantum computing na mas matibay laban sa mga pag-istorbo.

Sa isa pang pag-aaral, ibinunyag ng mga mananaliksik isang bagong paraan ng pagsasintesis ng graphene oxide (GO), na madaling matunaw sa mga solvent. Pinagsama ng bagong paraan ang asido mula sa Hummers method at ang oxidant mula sa Brodie method upang makagawa ng GO sa simpleng paraan ngunit may kaunting depekto.

Gayunpaman, habang may napakalawak na potensyal ang graphene, hindi pa ito malawakang ginagamit at patuloy pa ring sinusuri. Ang limitadong dami ng produksyon, mataas na gastos, at mga panganib sa kalusugan ay ang mga pangunahing salik na humahadlang sa pag-aampon ng Graphene. Subalit, maaaring hindi ganoon kahigpit ang isa sa mga salik na ito.

I-click dito upang malaman kung tunay nga bang narito na ang mga semiconductor na gawa sa graphene.

Pagsubok sa Tao Ipinapakita na Ligtas ang Paglanghap ng Graphene

Ang Graphene ay unang inihiwalay ng mga siyentistang sina Andre Geim at Konstantin Novoselov noong 2004, na nagbigay sa kanila ng Nobel Prize sa Physics noong 2010. Tinaguriang “wonder material,” ang graphene ay sinuri sa buong mundo, kabilang ang larangan ng pangangalagang pangkalusugan, sa pamamagitan ng mga implantable na aparato at sensor.

Sa pangangalagang pangkalusugan, iniimbestigahan din ang materyal para sa mga target na therapeutic laban sa mga kondisyon tulad ng kanser. Ngunit, siyempre, bago magamit ang materyal para sa medikal na layunin, kailangan itong subukan para sa anumang posibleng masamang epekto. At isang kamakailang pag-aaral ay nagpapahiwatig na isang tiyak na uri ng Graphene ang maaaring iinhale nang walang anumang agarang panganib sa kalusugan ng tao.

Ang klinikal na pagsubok na ito, na kinabibilangan ng unang kontroladong pagkalantad, ay gumamit ng manipis, ultra-pure na anyo ng materyal na compatible sa tubig — graphene oxide (GO).

Ang Graphene ay isang 2D nanomaterial na binubuo ng isang o ilang patong ng carbon lattice, at ang oxidized na anyo nito ay nagpakita ng pangako sa biomedical sciences dahil sa compatibility nito sa mga selula ng dugo, hydrophilicity, mataas na surface area para sa chemical functionalization, at katamtamang colloidal stability sa mga solusyon na may kaugnayan sa biyolohiya. Ang mga layered graphene oxide materials, partikular, ay pinag-aaralan para sa mga aplikasyon ng membrane. Gayunpaman, limitado at hindi pare-pareho ang toxicological data na magagamit para sa graphene oxide.

Habang binubuo para sa malawak na aplikasyon, ayon sa pag-aaral, ang mga nanomaterial ng graphene oxide ay may kaugnayan sa posibleng mga alalahanin sa kaligtasan para sa kalusugan ng tao. Bilang resulta, nagsagawa ang koponan ng double-blind, randomized controlled trial upang alamin kung paano nakaaapekto ang paglanghap ng materyal sa agarang pag-andar ng ating mga baga at daluyan ng dugo.

Ang lubos na pinurong, manipis, at walang metal at endotoxin na GO materials ay sinintetisa gamit ang binagong Hummers’ method. Ang GO nanosheets (2D nanostructures na may kapal mula 1 hanggang 100 nm) ay may sukat na mahigpit na tinukoy at walang elemental contamination. Gumamit ang pag-aaral ng dalawang lateral dimensions: maliit na GO (s-GO) at napakaliit na GO (us-GO).

Mahigit isang dosenang boluntaryo ang lumahok sa pag-aaral, kung saan naranasan nila ang maingat na kontroladong pagkalantad, na kinabibilangan ng paghinga ng materyal sa pamamagitan ng face mask. Ang graphene oxide ay nilanghap ng mga kalahok sa loob ng dalawang oras habang nag-eehersisyo sa isang espesyal na dinisenyong mobile exposure chamber. Bumalik ang mga boluntaryo para sa paulit-ulit na kontroladong pagkalantad ilang linggo pagkatapos. Sa pagkakataong ito, nakatuon ang pananaliksik sa pag-eksperimento sa mga particle ng graphene oxide na may iba’t ibang sukat.

Kaya, ang 14 na batang, malusog na boluntaryo ay nilanghap ang parehong maliit at napakaliit na GO nanosheets na may konsentrasyon na 200 μg m−3 (micrograms per cubic meter air) sa paulit-ulit na pagbisita. Ang aktwal na konsentrasyon ng s-GO ay 214 ± 23 μg m−3, at ng us-GO ay 224 ± 17 μg m−3, na pinanatili sa isang constant na antas sa loob ng dalawang oras.

Paggamit nang Husto sa Nanoteknolohiya

Sinukat ng pag-aaral ang mga epekto ng materyal sa pag-andar ng baga, pamumuo ng dugo, presyon ng dugo, at pamamaga sa dugo bago ang pagkalantad at sa bawat dalawang oras na agwat.

Natuklasan ng mga mananaliksik na walang masamang epekto ang materyal sa presyon ng dugo o pag-andar ng baga. Wala rin itong hindi kanais-nais na reaksyon sa iba pang mga biological parameter na sinuri. Gayunpaman, napansin nila na maaaring makaapekto ang paglanghap ng graphene oxide sa paraan ng pamumuo ng dugo ngunit binigyang-diin na napakaliit lamang ang epekto.

Sa pagsusuri ng highly enriched blood proteomics, kakaunti lamang ang nagbago sa plasma proteins, habang ang thrombus formation ay bahagyang tumaas lamang sa isang ex vivo model ng arterial injury.

Ayon kay Propesor Kostas Kostarelos, University of Manchester, at sa Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology (ICN2) sa Barcelona, ipinapakita ng pag-aaral na ang purong anyo ng graphene oxide ay maaaring paunlarin pa habang pinapaliit ang panganib sa kalusugan ng tao. Kanyang binigyang-diin:

“Humigit-kumulang sampung taon ang inukol namin upang paunlarin ang kaalaman para maisagawa ang pananaliksik na ito, mula sa pananaw ng materyales at agham biyolohikal, pati na rin mula sa klinikal na kakayahan upang maisagawa ang ganitong kontroladong pag-aaral nang ligtas.”

Isinagawa ang pag-aaral ng mga mananaliksik mula sa mga Unibersidad ng Edinburgh at Manchester at pinondohan ng UKRI EPSRC at ng British Heart Foundation. Ayon sa mga mananaliksik, kinakailangan pa ng karagdagang pag-aaral upang alamin kung ang mas mataas na dosis ng iba’t ibang anyo ng graphene ay magkakaroon ng ibang epekto sa kalusugan. Interesado rin ang pangkat ng mga mananaliksik na tuklasin kung ang mas matagal na pagkalantad sa graphene oxide ay magdudulot ng karagdagang panganib sa kalusugan.

Habang may malaking pangako ang mga nanomaterial tulad ng Graphene, kailangang matiyak na “ginagawa sila sa paraang ligtas bago ito magamit nang mas malawakan sa ating buhay,” sabi ni Dr. Mark Miller (BSc, PhD), senior research fellow sa University of Edinburgh’s Centre for Cardiovascular Science. Ang pagsisiyasat sa kaligtasan ng Graphene sa mga tao ay makakatulong sa atin na maunawaan kung paano maaaring makaapekto ang natatanging materyal na ito sa katawan, at “sa maingat na disenyo, maaari nating ligtas na magamit nang husto ang nanoteknolohiya,” dagdag pa niya.

Pagdating sa mga limitasyon ng pag-aaral, binanggit ng mga mananaliksik na nakakita lamang sila ng pagbabago sa mga biological parameter base sa kanilang nakaraang trabaho sa diesel exhaust nanoparticles, at maaaring hindi sapat ang bilang ng kalahok upang matuklasan ang mas banayad na epekto ng paglanghap ng GO.

Pili rin ng mga mananaliksik ang dosis upang maiwasan ang malinaw na physiological effects, na nagmumungkahi na ang mas mataas na konsentrasyon ng GO o mas mahabang tagal ng pagkalantad ay maaaring magpakita ng mga epekto na hindi nakita sa pag-aaral na ito. Bukod pa rito, ang kawalan ng kakayahang palawigin ang pag-aaral lampas sa 6 na oras ay maaaring nagdulot ng hindi nasaklaw na ilang inflammatory pathways.

Sa kabila nito, malinaw na ipinapakita ng pag-aaral na ang paglanghap ng ultra-purified at manipis na graphene oxide nanosheets, na may sukat na nanometro, ay hindi nakakaapekto sa malusog na tao. Sa ganitong paraan, inilatag nito ang pundasyon para imbestigahan ang mga epekto ng iba pang two-dimensional nanomaterials (mga patag, hindi bilog na anyong may isang dimensyon <100 nm) sa mga tao.

Binubuksan ng pag-aaral na ito ang pintuan para sa pagbuo ng mga bagong paraan ng paghahatid ng gamot upang gamutin ang mga sakit. Sa pagdidisenyo ng isang optimized na drug delivery system, layunin nitong dalhin ang mga therapeutic agents sa kontroladong paraan habang binabawasan ang side effects sa malusog na tisyu.

Ito ay tiyak na isang malaking hakbang patungo sa komprehensibong risk assessment ng Graphene at 2D nanomaterials na may potensyal na tugunan ang maraming pandaigdigang hamon upang magpatupad ng safe-by-design na pamamaraan at mapakinabangan ang tunay na potensyal ng natatanging materyal na ito.

Mga Kumpanyang Nagsusuri ng Graphene

Ang mga solusyong batay sa Graphene ay maaaring lubos na makinabang sa maraming industriya at sa napakaraming kumpanya tulad ng Tesla (TSLA ), Samsung, Lockheed Martin (LMT ), Ford, Intel (INTC ), at 3M, bukod sa iba pa. Ngayon, tingnan natin ang mga kumpanyang nagsusuri ng Graphene at nagde-develop ng mga solusyon batay sa materyal:

#1. Graphenea

Ang nangungunang tagagawa ng mga graphene-based na materyales, ang Graphenea ay nagbibigay ng mataas na kalidad na Graphene para sa pananaliksik at industriyal na aplikasyon. Ang portfolio ng kumpanya ay binubuo ng Graphene Oxide, Graphene Field-Effect-Transistors chips (GFETs), CVD Graphene films, at Graphene Foundry Services (GFAB).

Kasama sa listahan ng mga produkto ng Graphenea ang isang Graphenea card at mGFET-4D at mGEFD-4P para sa mga aplikasyon ng sensing. Ang kumpanya ay kasosyo ng Graphene Flagship, na itinuring na pinakamalaking inisyatiba sa pananaliksik sa Europa para sa koordinadong pagsisikap na may budget na €1 bilyon.

#2. Haydale Graphene Industries

Ang pandaigdigang kumpanya ng teknolohiya ay nag-specialize sa pagproseso ng Graphene, kasama ang iba pang nanomaterials, para sa iba’t ibang aplikasyon. Sa market cap na 4.44 milyon, ang Haydale Graphene Industries (HAYD-GB: London Stock Exchange) ay may share price na 0.45, bumaba ng 5.26% year-to-date (YTD). Ang kumpanya ay may EPS (TTM) na -0.85 at P/E (TTM) na -0.53.

Ang year-on-year net income ng kumpanya ay bumaba ng 28.20% sa pagkawala na 6.17mln sa kabila ng higit sa 48% pagtaas ng kita sa 4.30 mln, na dulot ng pagtaas ng cost of goods sold bilang porsyento ng benta. Sa ikalawang kalahati ng nakaraang taon, nag-raise ang Haydale ng £5m mula sa isang subscription sa 0.5p/share at nagbigay ng retail offer na hanggang £1m para sa mga indibidwal na mamumuhunan.

Kamakailan, nakipag-partner ang kumpanya sa PETRONAS Ventures, ang tech commercialization arm ng Malaysian oil and gas company Petroliam Nasional Berhad, upang i-functionalize ang Graphene para sa mga aplikasyon ng produkto. Ang kolaborasyong ito ay isang pagsubok upang isulong ang mass production ng mga produktong batay sa graphene sa maraming industriya.

Noong Dis. 2023, binigyan ng Welsh Government ang kumpanya ng SMART funding upang mag-develop ng graphene-infused heat transfer fluids kasama ang water-based heat transfer fluids manufacturer na Hydratech.

#3. IBM

Ang higanteng teknolohiya ay nagsusuri ng Graphene sa elektronik. Mga isang dekada na ang nakalipas, nagbuo ang IBM ng isang graphene chip na 10,000 beses na mas mabilis kaysa sa mga naunang graphene ICs. Pagkaraan ng maraming taon, ginamit ng IBM ang natatanging katangian ng graphene upang bumuo ng mga teknik sa paggawa na nagbigay-daan sa scaling ng mga semiconductor device sa feature sizes na mas maliit sa 7 nanometers sa silicon wafers.

Ito ay kumakatawan sa isang makabuluhang pagtalon sa teknolohiyang semiconductor, itinutulak ang mga hangganan ng miniaturization at performance. Ang IBM ay nag-invest ng maraming oras at bilyong dolyar sa kinabukasan ng nanoelectronics, kabilang ang paggamit ng Graphene.

Sa market cap na $164 bilyon, ang mga shares ng kumpanya (IBM: NYSE) ay nagte-trade sa $181.20, tumaas ng 9.87% YTD. Ang IBM ay nag-post ng revenue (TTM) na $61.86 bilyon at may EPS (TTM) na 8.03, P/E (TTM) na 22.37, at ROE (TTM) na 33.36%. Nagbabayad din ang kumpanya ng dividend yield na 3.70%.

Konklusyon

Ang Graphene, isang napaka-diverse na materyal, ay may malawak na aplikasyon sa mga sektor ng enerhiya, elektronika, at konstruksyon. Sa sektor ng teknolohiya, maaaring ganap na baguhin ng materyal na ito ang paraan ng ating pakikipag-ugnayan sa teknolohiya. Ipinapakita rin ng pag-aaral na ang medikal na sektor ay maaaring gamitin ang natatanging materyal na ito nang ligtas nang walang anumang mapaminsalang epekto sa kalusugan at katawan ng tao. Gayunpaman, ang pag-abot sa buong benepisyo ng Graphene ay nangangailangan ng mass-scale production sa mababang gastos, isang milestone na hindi pa naaabot.

Gayunpaman, hindi maikakaila na ang Graphene ay ang “material ng hinaharap,” at tama iyon. Bilang pinakamainam, pinaka-flexible, at pinakamalakas na materyal sa mundo, ito ay nagbubukas ng isang tunay na rebolusyon na maaaring baguhin ang mundo.

I-click dito upang matuto tungkol sa nanoscale graphite na handa na para sa komersyalisasyon.