Sağlık Üzerindeki Etkileri Minimum Göründükçe Grafen Tabanlı Çözümlerin Geliştirilmesi Daha Olası

Grafen, muazzam potansiyeliyle, malzeme biliminde önemli bir atılımı temsil ediyor. Karbonun kristal bir formu olan grafitten elde edilen Grafen, bir elementten çok olağanüstü bir malzeme olarak öne çıkıyor. Genellikle bir kurşun kalemin kurşun kısmında bulunur.

Sadece bir atom kalınlığında olan en ince malzeme olduğu için, Grafen hafifliği, esnekliği ve dayanıklılığıyla kendini farklı kılıyor. Çelikten 200 kat daha yüksek bir direnç ve insan saçından bin kat daha ince bir kalınlığa sahiptir.

Bu benzersiz malzeme alüminyumdan beş kat, alüminyum da çelikten üç kat daha hafiftir ve çeşitli özelliklere sahiptir. Işığı absorbe etme yeteneği ve yüksek elektrik ve termal iletkenliği, çeşitli sektörlerde yeniliklerin yolunu açmaktadır.

Elektronik endüstrisinde, Grafenin yüksek iletkenliği bataryaların kullanım ömrünü önemli ölçüde uzatır ve şarj süresini kısaltır, enerji verimliliğini ve cihaz dayanıklılığını artırırken aşırı ısınmayı önler. Hafifliği, dronların önemli sınırlamalarından biri olan ağır batarya üretimini aşar.

Grafenin esnekliği ve minimum ışığı absorbe etme yeteneği, çeşitli cihazlar için dayanıklı ekranlar üretmekte ideal kılar. Öte yandan, dayanıklılığı aydınlatma sektöründeki ilerlemeler için kritik bir bileşen haline getirir. 

İnşaatta, Grafen bina yalıtımını iyileştirir ve nem, korozyon ve yangına karşı direnç sağlar, evlerde daha iyi termal düzenlemeye katkıda bulunur. Bu nedenle, mevcut üretimin ötesinde daha fazla enerji üreteceği için yenilenebilir enerji sektöründe gerçekten faydalı olabilir. Sağlık alanında ise, daha hafif işitme cihazları ve cerrahi operasyonlarla kemik ve kas üretiminde yardımcı olabilir.

Grafenin olası uygulamaları arasında transistörler, antenler, bilgisayar çipleri, süperkapasitörler, DNA dizileme, su filtreleri ve güneş hücreleri de bulunur. 

Grafenin çeşitli özellikleri ve birçok sektörü devrim niteliğinde dönüştürme potansiyeli göz önüne alındığında, bilim topluluğu Grafeni yakından izliyor. Dünya genelindeki araştırmacılar ve şirketler bu malzemeyi inceliyor ve deneyler yapıyor.

Just this week, bir çalışma MIT fizikçileri tarafından Grafende “kesirli kuantum anomal Hall etkisi” bulunduğunu ortaya koydu. Kesirli kuantum Hall etkisi, kontrol altına alındığında hataya dayanıklı kuantum bilgisayarların inşa edilmesine yardımcı olabilecek son derece nadir bir olaydır. 

Bu etki sadece birkaç kez görülmüştür ve genellikle çok yüksek, dikkatle kontrol edilen manyetik alanlar altında ortaya çıkmıştır. Ancak bu sefer, bilim insanlarının beklemediği bir malzemede ve ayrıca manyetik alanın bulunmadığı bir ortamda gözlemlenmiştir. Bu keşif, temel fizik alanı için önemli sonuçlar taşımaktadır. Bozulmalara karşı çok daha dirençli yeni bir kuantum bilgisayar biçiminin yolunu açması muhtemeldir.

Başka bir çalışmada, araştırmacılar grafen oksit (GO) sentezleme konusunda yeni bir yöntem ortaya koydu. Bu yöntem solventlerde dağılabilir. Yeni yöntem, Hummers yönteminin asidini ve Brodie yönteminin oksidanını birleştirerek GO’yu basit bir şekilde, ancak az sayıda kusurla üretmeyi sağladı.

Bununla birlikte, grafenin geniş uygulama potansiyeline rağmen, henüz yaygın olarak kullanılmıyor ve hâlâ araştırılıyor. Sınırlı üretim hacmi, yüksek maliyet ve sağlık riskleri, Grafenin benimsenmesini sınırlayan en büyük faktörlerdir. Ancak bu faktörlerden biri belki de o kadar sınırlayıcı olmayabilir. 

Grafen yarı iletkenlerinin gerçekten burada olup olmadığını öğrenmek için buraya tıklayın.

İnsan Deneyi, Grafenin Solunmasının Güvenli Olduğunu Gösteriyor

Grafen, ilk kez 2004 yılında bilim insanları Andre Geim ve Konstantin Novoselov tarafından izole edildi ve bu çalışmalar 2010’da Fizik Nobel Ödülü ile ödüllendirildi. ‘Mucize malzeme’ olarak övülen grafen, dünyada, özellikle sağlık alanında, implante edilebilir cihazlar ve sensörler aracılığıyla araştırıldı.

Sağlıkta, malzeme kanser gibi durumlara yönelik hedefli terapötiklerde de incelenmektedir. Ancak, elbette, malzeme tıbbi amaçlarla kullanılmadan önce olası olumsuz etkileri test edilmelidir. Ve yakın zamanda yapılan çalışma belirli bir grafen türünün insan sağlığına akut bir risk oluşturmadan solunabileceğini göstermektedir. 

Bu klinik deneme, ilk kontrollü maruziyeti içeren, malzemenin ince, ultra saf suyla uyumlu bir formunu — grafen oksit (GO) — kullandı.

Grafen, tek ya da birkaç katmanlı karbon kafesinden oluşan 2B bir nanomalzemedir ve oksitlenmiş formu, kan hücreleriyle uyumluluğu, hidrofobik olmaması, kimyasal fonksiyonelleştirme için yüksek yüzey alanı ve biyolojik olarak ilgili çözeltilerde makul kolloidal stabilitesi sayesinde biyomedikal bilimlerde umut vaat etmektedir. Özellikle katmanlı grafen oksit malzemeleri membran uygulamaları için incelenmektedir. Ancak grafen oksit için sınırlı ve tutarsız toksikoloji verileri mevcuttur.

Genel uygulamalar için geliştiriliyor olsa da, çalışma belirttiği gibi, grafen oksit nanomalzemeleri insan sağlığı için potansiyel güvenlik endişeleriyle ilişkilidir. Sonuç olarak, ekip, bu malzemenin solunmasının akciğerlerimiz ve kan damarlarımız üzerindeki akut fonksiyonları nasıl etkilediğini belirlemek için çift kör, randomize kontrollü bir deneme yaptı.

Yüksek derecede saf, ince ve metal ve endotoksin içermeyen GO malzemeleri, modifiye edilmiş bir Hummers yöntemiyle sentezlendi. GO nanosheet’leri (1 ila 100 nm kalınlık aralığında 2B nanoyapılar) sıkı bir boyut tanımına sahipti ve elementel kontaminasyondan arındırılmıştı. Çalışma iki yan boyut kullandı: küçük GO (s-GO) ve ultra küçük GO (us-GO).

On birden fazla gönüllü çalışmaya katıldı ve kontrollü bir maruziyet deneyimledi; bu, malzemeyi bir yüz maskesi aracılığıyla solumayı içeriyordu. Katılımcılar iki saat boyunca grafen oksiti solurken özel tasarlanmış mobil maruziyet odasında bisiklet sürdüler. Gönüllüler, birkaç hafta sonra tekrarlanan kontrollü maruziyetler için geri döndüler. Bu sefer araştırma, farklı boyutlardaki grafen oksit parçacıklarıyla deney yapmaya odaklandı.

Bu nedenle, 14 genç ve sağlıklı gönüllü, tekrarlanan ziyaretlerde 200 μg m−3 (metreküp hava başına mikrogram) konsantrasyonda hem küçük hem de son derece küçük GO nanosheet’lerini soludu. s-GO’nun gerçek konsantrasyonu 214 ± 23 μg m−3, us-GO’nun ise 224 ± 17 μg m−3 idi ve bu değerler iki saat boyunca sabit seviyede tutuldu.

Nanoteknolojiden En İyi Şekilde Yararlanmak

Çalışma, maruziyetten önce ve iki saatlik aralıklarla malzemenin akciğer fonksiyonu, kan pıhtılaşması, kan basıncı ve kan içindeki iltihaplanma üzerindeki etkilerini ölçtü.

Araştırmacılar, malzemenin kan basıncı veya akciğer fonksiyonu üzerinde olumsuz bir etkisi olmadığını buldu. İncelenen diğer biyolojik parametrelerde de olumsuz bir reaksiyon gözlenmedi. Ancak, grafen oksit solunumunun kan pıhtılaşma şeklini etkileyebileceğini fark ettiler, ancak bu etkinin çok küçük olduğunu vurguladılar.

Yüksek derecede zenginleştirilmiş kan proteomik analizine gelince, çok az farklı plazma proteini gösterdi, trombus oluşumu ise arter yaralanması ex vivo modelinde sadece hafifçe arttı.

Bu çalışma, Manchester Üniversitesi Profesörü Kostas Kostarelos ve Barselona’daki Katalan Nanobilim ve Nanoteknoloji Enstitüsü (ICN2) tarafından, saf grafen oksit formlarının insan sağlığı riskini en aza indirerek daha da geliştirilebileceğini göstermektedir. Şöyle belirtti:

“Bu araştırmayı yürütmek için, malzeme ve biyolojik bilimler açısından, ayrıca bu tür kontrollü çalışmaları güvenli bir şekilde yapabilmek için klinik kapasite açısından, on yıldan fazla bir süre harcadık.”

Çalışma, Edinburgh ve Manchester Üniversitelerinden araştırmacılar tarafından yürütüldü ve UKRI EPSRC ve British Heart Foundation tarafından finanse edildi. Araştırmacılara göre, farklı grafen formlarının daha yüksek dozlarının sağlık üzerindeki etkisinin farklı olup olmadığını belirlemek için daha fazla çalışmaya ihtiyaç vardır. Araştırma ekibi, grafen oksite uzun süreli maruziyetin ek sağlık risklerine yol açıp açmayacağını da araştırmak istiyor.

Grafen gibi nanomalzemeler büyük bir vaat taşısa da, “daha geniş bir şekilde hayatımızda kullanılmadan önce güvenli bir şekilde üretilmeleri gerektiği” konusunda emin olunmalıdır, dedi Dr. Mark Miller (BSc, PhD), Edinburgh Üniversitesi Kardiyovasküler Bilim Merkezi’nde kıdemli araştırma görevlisi. İnsanlarda Grafenin güvenliğini araştırmak, bu benzersiz malzemenin vücudu nasıl etkileyebileceğini anlamamıza yardımcı olacak ve “dikkatli tasarımla, nanoteknolojiden güvenli bir şekilde en iyi şekilde yararlanabiliriz,” diye ekledi.

Çalışmanın sınırlılıklarına gelince, araştırmacılar, sadece daha önce dizel egzoz nanopartikülleriyle yaptıkları çalışmalara dayanarak biyolojik parametrelerdeki değişiklikleri tespit ettiklerini ve katılımcı sayısının GO solunumunun daha ince etkilerini tespit etmek için yetersiz olabileceğini belirttiler.

Ayrıca, araştırmacılar dozajı, belirgin fizyolojik etkileri önlemek amacıyla özel olarak seçtiler; bu da daha yüksek GO konsantrasyonlarının veya daha uzun maruziyet sürelerinin bu çalışmada gözlemlenen etkilerin ötesinde etkileri ortaya çıkarabileceğini düşündürmektedir. Ayrıca, çalışmayı 6 saatten uzun süre uzatamamanın bazı iltihap yollarını kaçırmış olabileceği de belirtiliyor.

Bununla birlikte, çalışma açıkça gösteriyor ki, nanometre boyutundaki ultra saf ve ince grafen oksit nanosheet’lerini solumak sağlıklı insanları etkilemiyor. Bu şekilde, diğer iki boyutlu nanomalzemelerin (düz, küresel olmayan, bir boyutu <100 nm olan maddeler) insanlardaki etkilerini araştırmak için temeller atılıyor.

Bu çalışma, hastalıkları tedavi etmek için yeni ilaç taşıma yöntemleri geliştirme kapısını açıyor. Optimize edilmiş bir ilaç taşıma sistemi tasarlarken, amaç terapötik ajanları kontrollü bir şekilde taşımak ve sağlıklı dokulardaki yan etkileri en aza indirmektir.

Bu, Grafen ve çoklu küresel zorlukları ele alabilecek potansiyele sahip 2B nanomalzemelerin kapsamlı bir risk değerlendirmesine doğru kesinlikle büyük bir adımdır; güvenli tasarım yaklaşımıyla bu benzersiz malzemenin gerçek potansiyelini kullanmak için.

Grafeni Araştıran Şirketler

Grafen tabanlı çözümler, Tesla (TSLA ), Samsung, Lockheed Martin (LMT ), Ford, Intel (INTC ) ve 3M gibi birçok endüstri ve sayısız şirkete büyük fayda sağlayabilir. Şimdi, grafeni araştıran ve malzeme temelli çözümler geliştiren şirketlere bir göz atalım:

#1. Graphenea

Grafen tabanlı malzemelerin önde gelen üreticisi Graphenea, araştırma ve endüstriyel uygulamalar için yüksek kaliteli Grafen sağlar. Şirketin portföyü Grafen Oksit, Grafen Alan Etkili Transistör çipleri (GFET’ler), CVD Grafen filmleri ve Grafen Foundry Hizmetleri (GFAB) içerir.

Graphenea’nın ürün listesinde ayrıca Graphenea kartı ve sensör uygulamaları için mGFET-4D ve mGEFD-4P bulunur. Şirket, Avrupa’da koordineli çabalar için 1 milyar € bütçeli en büyük araştırma girişimi olarak gösterilen Graphene Flagship’in bir ortağıdır.

#2. Haydale Graphene Industries

Küresel teknoloji şirketi, çeşitli uygulamalar için Grafen ve diğer nanomalzemelerin işlenmesine odaklanmaktadır. 4,44 milyonluk piyasa değerine sahip Haydale Graphene Industries (HAYD-GB: London Stock Exchange) hisseleri şu anda 0,45 seviyesinde, yılbaşından bu yana %5,26 düşüş göstermektedir (YTD). Şirketin EPS (TTM) değeri -0,85 ve P/E (TTM) -0,53’tür.

Şirketin yıllık net geliri %28,20 azalarak 6,17 milyonluk bir zarar gösterdi, ancak gelirler %48 artarak 4,30 milyon oldu; bu artış, satışların bir yüzdesi olarak satılan mal maliyetinin artmasından kaynaklandı. Geçen yılın ikinci yarısında, Haydale 0,5p/hisse karşılığında bir abonelikten 5 milyon £ topladı ve bireysel yatırımcılara 1 milyon £’a kadar perakende teklifinde bulundu.

Şirket, yakın zamanda Malezya petrol ve gaz şirketi Petroliam Nasional Berhad’ın teknoloji ticarileştirme kolu PETRONAS Ventures ile iş birliği yaparak Grafeni ürün uygulamaları için fonksiyonelleştirdi. Bu iş birliği, çeşitli endüstrilerde grafen tabanlı ürünlerin kitlesel üretimini ilerletmeyi amaçladı.

Aralık 2023’te, Galler Hükümeti, şirketin SMART fonunu, su bazlı ısı transferi sıvıları üreticisi Hydratech ile ortaklıkta grafen içeren ısı transfer sıvıları geliştirmesi için sağladı.

#3. IBM

Bu teknoloji devi, elektronik alanında Grafeni araştırmaktadır. Yaklaşık on yıl önce, IBM, önceki grafen entegre devrelerinden 10.000 kat daha hızlı bir grafen çipi geliştirdi. Daha sonra, yıllar geçtikçe IBM, grafenin benzersiz özelliklerini kullanarak, yarı iletken cihazların silikon wafer’larda 7 nanometreden daha küçük özellik boyutlarına ölçeklenmesini sağlayan üretim teknikleri geliştirdi.

Bu, yarı iletken teknolojisinde önemli bir sıçrama olup, miniaturizasyon ve performans sınırlarını zorlamaktadır. IBM, nanoelektronik geleceğine, Grafen dahil olmak üzere, milyarlarca dolar ve çok zaman yatırıyor.

Piyasa değeri 164 milyar $ olan şirketin hisseleri (IBM: NYSE) 181,20 $’da işlem görmekte ve YTD %9,87 artış göstermektedir. IBM, 61,86 milyar $ gelir (TTM) elde etmiş ve EPS (TTM) 8,03, P/E (TTM) 22,37 ve ROE (TTM) %33,36’ya sahiptir. Şirket ayrıca %3,70 temettü getirisi ödemektedir.

Sonuç

Grafen, son derece çeşitli bir malzeme olarak, enerji, elektronik ve inşaat sektörlerinde geniş uygulamalara sahiptir. Teknoloji sektöründe, bu malzeme teknolojiyle etkileşim şeklimizi tamamen değiştirebilir. Bu çalışma, tıp sektörünün bu benzersiz malzemeyi güvenli bir şekilde kullanabileceğini ve insan sağlığına veya vücuda zararlı etkileri olmadığını bir kez daha göstermektedir. Ancak, Grafenin tam faydalarına ulaşmak için düşük maliyetli, büyük ölçekli üretim gerekmektedir; bu henüz ulaşılmamış bir dönüm noktasıdır.

Yine de, Grafenin “geleceğin malzemesi” olduğunu ve haklı olarak böyle olduğunu inkar edilemez. Dünyanın en ince, en esnek ve en güçlü malzemesi olarak, gerçek bir devrimi müjdeleyerek dünyayı değiştirme potansiyeline sahiptir.

Ticari kullanıma hazır nanoscale grafit hakkında bilgi edinmek için buraya tıklayın.