Uno studio condotto da un gruppo di ricercatori della Brown University ha dimostrato come il grafene sia in grado di compromettere le funzionalità cellulari degli organismi viventi illustrando inoltre il meccanismo di interazione alla base del problema. Il grafene, qualora il risultato dello studio trovasse ulteriori riscontri, potrebbe entrare a far parte della categoria dei materiali pericolosi come i "cugini cilindrici", i nanotubi di carbonio.
Agnes Kane, responsabile del Department of Pathology and Laboratory Medicine e coordinatrice della ricerca, spiega: "Il grafene ha molte proprietà uniche, ma la più importante è che viene ricavato dalla grafite, un minerale presente in natura, tramite esfoliazione chimica o meccanica che separa gli strati di carbonio, con la creazione di polveri secche che potrebbero essere inalate. In qualità di patologi abbiamo studiato i nanotubi e altri materiali legati al carbonio, ma questo è il primo nanomateriale bidimensionale di cui abbiamo analizzato la tossicità".
Il gruppo ha preso come punto di partenza alcuni studi di tossicità già condotti sul grafene, che hanno mostrato la capacità di questo materiale di compromettere le funzioni cellulari. Lo scopo dei ricercatori è stato quello di scoprire il meccanismo di interazione tra grafene e cellule, in maniera tale da motivare la tossicità. A questo proposito il gruppo di ricercatori ha fatto affidamento ad una simulazione computazionale e anatomicamente accurata di una cellulla e di un elemento in grafene.
I risultati delle prime simulazioni non hanno mostrato nulla di anomalo, in contrasto con altri esperimenti di tossicità già condotti in precedenza. Il gruppo ha quindi modificato le condizioni della simulazione, in particolare cambiando la forma dei frammenti di grafene simulati: da semplici strutture quadrate ad elementi con bordi netti e punte, molto più simili a quanto si verifica nella realtà. A questo punto le simulazioni hanno mostrato che questi frammento possono penetrare la parete cellulare trascinando all'interno della cellula altri frammenti.
Dopo i risultati ottenuti dalle simulazioni, il gruppo ha condotto ulteriori esperimenti in laboratorio per analizzare la tossicità del grafene su tessuti cellulari ricavati da un polmone umano e dalla pelle, ricavando immagini dettagliati dell'interazione, dimostrando come frammenti di grafene di 10 micron possono danneggiare le cellule.
Lo scopo ultimo del gruppo è quello di approntare uno studio sui nanomateriali tossici ed una successiva metodologia per la loro produzione e gestione, in modo da assicurare un corretto e sicuro impiego per tutto il loro ciclo di vita. "Un grande vantaggio dei nanomateriali è la possibilità di ingegnerizzarli per ottenere proprietà specifiche. L'impiego della modellazione computazionale ci può permettere di modificare questi materiali allo scopo di renderli meno tossici". L'uso del grafene, quand'anche dichiarato materiale pericoloso, non è necessariamente minato alla base: attualmente alcuni materiali pericolosi (piombo, mercurio, cadmio), opportunamente trattati gestiti, vengono impiegati per la produzione dei dispositivi elettronici.
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