Grafeno: promesas y peligros

Grafeno: promesas y peligros

La irrupción del grafeno en el universo de los nanomateriales está generando una auténtica revolución por sus asombrosas propiedades y promesas de aplicaciones que eclipsan la ciencia ficción . Pero ¿qué sabemos acerca de su seguridad tanto humana como ambiental?
30 Noviembre 2016

1. QUÉ ES EL GRAFENO Y POR QUÉ ES TAN IMPORTANTE

El grafeno es un nuevo material de carbono con un potencial de innovación sin precedentes debido a sus extraordinarias propiedades: 200 veces más duro que el acero, más conductor que el cobre y más ligero que ningún otro material conocido. Se trata del primer cristal de dos dimensiones consistente en una lámina, de un átomo de espesor, de átomos de carbono enlazados en una malla hexagonal, en este video de la  sociedad americana de química ACS (American Chemistry Society) se explica muy bien https://youtu.be/SXmVnHgwOZs

La aplicaciones abarcan desde la medicina, la remediación medioambiental, la generación y almacenamiento de energía, las tecnologías de la información y la comunicación, los sensores en todos los campos, el desarrollo de nuevos materiales ultra resistentes a la vez que ultraligeros, etc. Pantallas del espesor del papel y enrollables, edificios autoalimentados de energía merced a recubrimientos invisibles que transforman la luz del sol en energia eléctrica, utensilios de cocina con sensores que alertan de la comida en mal estado, fármacos que detectan y actúan sobre células cancerígenas o membranas que separan la sal del agua del mar, garantizando agua dulce a toda la población y a tierras anteriormente desertizadas. Todo está a la vuelta de la esquina.

Las expectativas generadas por este supermaterial son de tal alcance que la Unión Europea ha considerado la investigación en este campo, junto con la de del cerebro, como uno de los buques insignia de la investigación, creando el Graphene Flagship1 . En septiembre de 2014, la Comisión Europea2 definía este tipo de iniciativas como "proyectos visionarios de investigación científica a gran escala que abordan grandes desafíos científicos y tecnológicos. Se trata de iniciativas a largo plazo para concentrar equipos de investigación excelentes de varias disciplinas, que comparten un unificador objetivo común y un ambicioso plan de investigación para alcanzarlo. Los Flagships se orientan hacia impactos trasnformacionales en la ciencia y tecnología que ofrezcan una ventaja competitiva clave para la industria europea e importantes beneficios para la sociedad. El presupuesto es de mil millones de euros en los próximos diez años. El núcleo del consorcio europeo aglutina 150 centros de investigación de universidades y de la industria de 23 países.

Para entender el alcance de este enorme proyecto baste son mencionar las diferentes áreas y proyectos que integra. Hasta hace poco el Graphene Flagship integraba 11 paquetes de trabajo: WP 1: Materiales, WP 2: Salud y Medio Ambiente, WP 3: Ciencia básica del Grafeno y materiales 2D más allá del Grafeno, WP4: Electrónica de alta frecuencia, WP5: Optoelectrónica, WP6: Spintrónica, WP7: Sensores, WP8: Electrónica Flexible, WP9: Energía, WP10: Nanocomposites y WP11: Producción. A día de hoy, la evolución del proyecto, guiada por los resultados de la investigación, ha derivado en 20 paquetes de trabajo agrupados en 5 divisiones, contando con los de administración y gestión del proyecto. 

Andre Geim (derecha) y Konstantin Novoselov 

 2. TODOS A LA CARRERA

La previsión de crecimiento del mercado del grafeno es pasar de los 20 millones de dólares de 2014 a más de 390 millones de dólares en 2024. La carrera por el desarrollo de patentes tuvo su disparo de salida poco después de 2010, año en que Andre Geim y Konstantin Novoselov recibieron el premio Nobel de Física por sus trabajos con sobre el grafeno. Desde entonces la producción científica es imparable y los países asiáticos llevan la delantera en el campo de las patentes de grafeno, miren si no lo que decía en 2013 la oficina de patentes de su graciosa Majestad del Reino Unido: 

#Graphene The worldwide patent landscape in 2013 Asia domina el juego (2/3) http://t.co/SkWJJ0xPUZ pic.twitter.com/WEkcmpRagC

— DECENT NANO WORK (@DecentNanowork) 5 de marzo de 2014

 


#Graphene The worldwide patent landscape in 2013 Un eclipse para Occidente (3/3) http://t.co/SkWJJ0xPUZ pic.twitter.com/sxYT8pjib7

— DECENT NANO WORK (@DecentNanowork) 5 de marzo de 2014

En esta representación, los territorios topográficos son proporcionales al nivel de generación de patentes. Obsérvese las pequeñas extensiones occidentales en comparación con las orientales. El nuevo informe de 2015 sobre el panorama mundial de patentes de grafeno siguen otorgando a Asia este dominio, liderado por Samsung con familias de patentes orientadas a la electrónica flexible y al almacenamiento de energía.   

El reparto de la tarta de patentes mundiales de grafeno, antes y después de 2009. (The worldwide patent landscape in 2015. pag 8)

3. ¿Qué hay de la seguridad humana y ambiental?

Está claro el potencial y el interés del grafeno. Ahora nos preguntamos por los aspectos del grafeno relacionados con la seguridad y salud en el trabajo. Como hemos visto el Graphene Flagship tiene un paquete de trabajo dedicado a la seguridad humana y ambiental "como parte indispensable para poder convertir en realidad todo el potencial de bienestar, crecimiento y competitividad que el Graphene Flagship nos brinda". El texto del WP2 reza: El pequeño tamaño y las propiedades físico-químicas únicas del grafeno presentan riesgos potenciales para la salud de los seres humanos y el medio ambiente. La identificación y resolución de los posibles problemas de seguridad y toxicidad es crucial no sólo para su integración en las TIC, materiales compuestos, etc., sino también a la vista de sus posibles aplicaciones biomédicas, tales como dispositivos nano-interfaces directas con células y tejidos. Este paquete de trabajo (WP) es requisito esencial que no puede ser disociado del desarrollo de nuevas nanotecnologías. El encargo del grupo es investigar la seguridad humana y ambiental del grafeno, está liderado por el Prof. Maurizio Prato, de la Universidad de Trieste, Italia y por el Prof. Alberto Bianco, del CNRS (Centre National de la Recherche Scientifique) de Francia. 

Bien, pero a día de hoy ¿qué sabemos sobre la posible toxicidad del Grafeno? Recientemente se ha publicado una revisión(3) de la evidencia empírica disponible sobre de la toxicidad del grafeno. La figura siguiente nos muestra un diagrama de posibles mecanismos de citotoxicidad. Las hojas de grafeno pueden entrar en las celulas por diferentes víás. Una vez dentro, el grafeno puede inducir la generacion de  sustancias que producen estrés oxidativo, incrementar los niveles de LDH y MDH o modificar la homeostasis del calcio. Estas alteraciones pueden causar diferentes tipos de daños, como destrucción física de la célula, daño en la membrana plasmática, inflamación, alteración de ADN, daño mitocondrial, apoptosis o necrosis. 


— DECENT NANO WORK (@DecentNanowork) 3 de noviembre de 2016

A pesar de estas evidencias, aún estamos lejos de poder formular un enunciado genérico sobre la posible toxicidad de determinadas tipologías de grafeno. Menos aun del grafeno en general. Hasta entonces la aplicación del principio de precaución nos permitirá garantizar la seguridad y la salud en el trabajo de todas aquellas personas potencialmente expuestas al grafeno. En estas etapas iniciales de desarrollo del grafeno, el principal colectivo de trabajadores es el de los laboratorios de investigación y el de las empresas de producción de grafeno.  

Debemos además estar atentos a los resultados de la investigación que pueden proporcionarnos pistas o información sobre cómo actuar en tanto que responsables de la seguridad y salud en el trabajo de las personas potencialmente expuestas a nanomateriales, como éste(4) que nos dice que la edad puede ser un factor de respuesta diferencial ante la exposición a nanomateriales.

Les invito a explorar "La casa del grafeno", la página web de la Universidad de Manchester dedicada al grafeno, una de las que mejor información proporciona, cosa que no es de extrañar pues es ahí donde Geim y Novoselov descubrieron el grafeno.

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(1) http://www.graphene-flagship.eu

(2) SWD(2014) 283 final FET Flagships: A novel partnering approach to address grand scientific challenges and to boost innovation in Europe Accesibel en: http://ec.europa.eu/digital-agenda/en/fet-flagships

(3) http://particleandfibretoxicology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12...

(4) Aggravated hepatotoxicity occurs in aged mice but not in young mice after oral exposure to zinc oxide nanoparticles

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