Indie: naukowcy odkrywają cud i toksyczność grafenu w druku 3D i zastosowaniach biomedycznych

Podczas gdy sprzęt, oprogramowanie i różne mechanizmy projektowania mają kluczowe znaczenie dla drukowania 3D, nauka o materiałach leży w sercu tej progresywnej technologii, która w dalszym ciągu przenika do głównego nurtu dziś. Drukowanie 3D za pomocą metalu i włókna węglowego jest obecnie szczególnie popularne i staje się bardziej przystępne cenowo i dostępne dla wszystkich, początkowo ograniczone do firm przemysłowych dysponujących większymi zasobami finansowymi i możliwościami badawczymi. Grafen, czasami określany jako "półmetal", został reklamowany jako materiał pełen cudownych zdolności ze względu na jego ultralekką masę i niesamowitą wytrzymałość - znacznie przewyższającą diament lub stal. Czy ten materiał mógłby stać się bardziej powszechny? Jeśli tak, czy byłoby to słuszne?

Obecnie dwoje badaczy z Indii opublikowało wyniki w "Kompleksowym zastosowaniu grafenu: Nacisk na problemy biomedyczne", badając wykorzystanie grafenu w drukowaniu 3D wraz z potencjalne działanie toksyczne po ekspozycji na komórki. Jedną z unikalnych cech grafenu jest to, że jest to struktura 2D, która jest niesamowicie silna, sztywna i ma ekscytujące właściwości, takie jak przewodnictwo. Istnieją obawy związane z bezpieczeństwem stosowania w zastosowaniach biomedycznych, takich jak tworzenie rusztowań, które stymulują wzrost żywych komórek lub zastosowanie w dostarczaniu leków, bioobrazowaniu, a nawet w biosensowaniu.

Synteza tego wyjątkowego materiału zachodzi poprzez w dół lub oddolnie, stosując odpowiednio ablację chemiczną, utlenianie elektrochemiczne lub obróbkę plazmową - lub budowanie w górę za pomocą dużych arkuszy grafenu. I jak wskazują naukowcy w tym ostatnim przeglądzie, tlenek grafenu (GO) jest uważany za najbardziej giętki w biomedycynie - wraz z RGO, który jest mniej utlenioną formą, przy czym obie pozwalają na lepszą rozpuszczalność w wodzie.

"Przygotowanie stabilnych dyspersji grafenu pozostaje nierozwiązanym problemem z powodu jego hydrofobowej natury" - stwierdzają naukowcy. "Można to osiągnąć przez sonifikację zawiesiny grafenu przez kilka godzin, a także przez zastosowanie środków powierzchniowo czynnych lub polimerów."

Naukowcy z biegiem czasu badali różne rozpuszczalniki, ale znowu to podnosi potencjał toksyczności, dlatego istnieje obecnie trend w kierunku bardziej ekologicznych, czystszych sposobów tworzenia wysokiej jakości arkuszy grafenu, takich jak te, w których stosuje się techniki szybkiego mieszania ze ścinaniem, bez potrzeby stosowania substancji chemicznych, które mogą być toksyczne. Dalsze studia są ważne w tym obszarze ze względu na niesamowity potencjałgrafen w zastosowaniach biomedycznych, ponownie stosowany do dostarczania leków, w celu włączenia genów i białek, wraz z substratami grafenu jako biosensorami, środkami przeciwdrobnoustrojowymi i inżynierią tkankową.

"Przytłaczające właściwości GO, które wspierają jego kliniczne zastosowanie to amfifilowość, funkcja powierzchniowa, zdolność do hartowania fluorescencji i ulepszona powierzchniowo właściwość rozpraszania Ramana. Hydrofobowa natura, duża powierzchnia, zmarszczki i granice ziaren na wadliwych miejscach grafenu są ważnymi czynnikami, biorąc pod uwagę je do zastosowań biomedycznych ", stwierdza zespół badawczy

Wraz z tym badaniem / recenzją naukowcy również zdali sobie sprawę, że druk 3D i grafen są do siebie doskonale dopasowane w połączeniu z grafenem pracującym również nad ulepszeniem materiałów polimerowych (szczególnie w zastosowaniach biomedycznych), tak często wykorzystywanych w ramach tej nieustannie ewoluującej technologii:

"... za pomocą drukowania 3D można dopasować zestaw biomateriałów, aby uzyskać pożądane właściwości i wiele funkcji dla złożonych aplikacji inżynierii tkankowej, a także stworzyć konstrukcje przyjazne dla chirurgii. "

Nadal istnieje duża obawa dotycząca jak grafen będzie mieszał się ze strukturami biologicznymi, a badacze wymieniali wiele czynników, które mogą mieć wpływ na interakcję, aby uwzględnić:

"Zakład interakcji fizycznej Ween grafen i błona komórkowa są uważane za główny mechanizm toksyczności indukowanej grafenem "- stwierdzają naukowcy. "Ostre krawędzie arkusza grafenu powodują uszkodzenie membrany komórki, powodując wyciek zawartości wewnątrzkomórkowej. Ponadto wiadomo, że zarówno GO, jak i RGO indukują cytotoksyczność, stres oksydacyjny i uszkodzenie DNA w komórkach ssaków. "

Podczas gdy naukowcy widzą świetlaną przyszłość dla zastosowania grafenu w wielu różnych zastosowaniach, do włączenia przemysłu biomedycznego, nadal istnieją oczywiste i poważne przeszkody do przezwyciężenia pod względem toksyczności dla ludzi, które naukowcy i personel medyczny starają się pomóc.

"Grafen znajduje się na liście materiałów niebezpiecznych przez: Europejski Komitet Naukowy ds. Pojawiających się i Nowo Rozpoznanych Zagrożeń dla Zdrowia. Wciąż istnieje wiele luk do wypełnienia, biorąc pod uwagę potencjał toksyczny grafenu. Podczas oceny toksyczności należy wziąć pod uwagę wszystkie parametry fizykochemiczne, w tym rozmiar, kształt, aglomerację, grubość warstwy, wymiar boczny i skład atomowy. Odperspektywa biologiczna, efekt koncentracji, czas trwania, droga narażenia i obecność zanieczyszczeń powinny być dokładnie zbadane "- stwierdzili autorzy.