Как и в случае со всеми новыми перспективными промышленными материалами, существует значительный интерес экспертов и общественности к аспектам здоровья и безопасности графена. Разработка и коммерческое использование графена находится на начальной стадии, и его риски для окружающей среды, здоровья и безопасности исследуются исследователями, связанными с европейским Graphene Flagship. Флагманом является крупный международный консорциум академических и промышленных партнеров, частично финансируемый Европейской комиссией, который фокусируется на необходимости для Европы решать большие научные и технологические проблемы посредством долгосрочных междисциплинарных исследований.
Потенциальное воздействие графена и других двумерных материалов на здоровье и безопасность является предметом интенсивных исследований. Устойчивость и накопление в окружающей среде являются ключевыми проблемами, когда дело доходит до эксплуатации материалов на основе графена, и особый интерес представляет безопасная утилизация этих и других искусственно созданных материалов по окончании их срока службы.
Когда речь идет конкретно о графене, окисленная форма этого двумерного аллотропа углерода имеет большие перспективы для использования в доставке лекарств, био-визуализации, тканевой инженерии, биочувствительности и ряде других связанных приложений благодаря своей высокой водной дисперсности и биосовместимость.Если оксид графена должен играть продуктивную роль в биомедицинских технологиях, его токсикологические эффекты необходимо систематически оценивать. Исследования показали, что оксид графена в некоторых ситуациях может повредить живые клетки и ослабить иммунный ответ. Однако, если рассматривать их вместе, результаты различных экспериментов, проведенных на сегодняшний день, неубедительны, а в некоторых случаях противоречат друг другу.
Графен и его различные соединения могут быть биосовместимыми, но очень мало сообщений о биоразложении. С этой целью ведущие исследователи во главе с Альберто Бьянко, химиком-органиком из Французского национального исследовательского совета в Страсбурге, подробно изучили биоразложение оксида графена ферментом. Сообщая о своих результатах в журнале Small, исследователи показывают, что миелопероксидаза, полученная из белых кровяных телец человека в присутствии низкой концентрации перекиси водорода, может полностью метаболизировать оксид графена в случае высокодисперсных образцов.
Первым автором небольшой статьи является Раджендра Курапати, научный сотрудник группы Бьянко. Курапати и его коллеги сосредоточили свое внимание на способности миелопероксидазы разрушать три образца оксида графена, классифицированных по степени диспергируемости в воде. Важно отметить, что здесь мы говорим о диспергируемости, а не о концентрации материала.
Исследователи обнаружили, что сильно агрегированные суспензии оксида графена не разлагаются в присутствии миелопероксидазы, но более стабильные коллоиды полностью разрушаются ферментом. С химической точки зрения диспергируемость оксида графена зависит от кислородных групп, присутствующих на поверхности графена, а это, в свою очередь, связано с биодеградацией.
Подробно изложив результаты своего эксперимента, исследователи обсуждают механизм деградации оксида графена, начиная с краткого описания процесса, с помощью которого миелопероксидаза действует против инфекции, вызываемой микробами и другими инвазивными материалами, которые вызывают воспаление биологических тканей. Во время процесса воспаления нейтрофилы, подтип белых кровяных телец, собираются в очаге инфекции и секретируют миелопероксидазу, которая катализирует химическую реакцию с ионами хлорида и перекисью водорода с образованием сильных окислителей, таких как хлорноватистая кислота. Эти окислители обладают антимикробными свойствами, а также, как известно, разрушают имплантаты на основе полиэфира, внеклеточные сахара и окисленные углеродные нанотрубки.Авторы исследования предполагают, что высокие окислительно-восстановительные потенциалы окислителей, образующихся в реакции, катализируемой миелопероксидазой, могут аналогичным образом разрушать оксид графена, находящийся в суспензии.
Разрушение материала, вероятно, начинается на уровне атомов углерода, связанных с кислородом в решетке графена, и центральным элементом этого процесса является хлорноватистая кислота, образующаяся в реакции. Считается, что поверхностный электрический заряд также вносит свой вклад, как и в случае окисленных углеродных нанотрубок, поскольку он способствует прочному связыванию оксида графена с ферментом и впоследствии запускает его деградацию.«Наше исследование демонстрирует полное разложение оксида графена миелопероксидазой, и результаты показывают, что случайное вдыхание оксида графена представляет собой управляемый риск для здоровья людей и других видов», — говорит Бьянко. «С другой стороны, перевод материалов на основе графена в клинически безопасные биоматериалы для биомедицинских применений также оценивается по биоразлагаемости. Наши исследования могут предоставить метод экологически безопасного удаления материалов на основе графена. биосовместимые носители на основе графена для доставки биоактивных молекул ».
Подробный механизм биодеградации оксида графена является предметом дальнейшего изучения, но результаты последнего исследования очевидны. Оксид графена разрушается в присутствии перекиси водорода в реакции, катализируемой ферментом миелопероксидазой.
Степень разложения зависит от коллоидной стабильности суспензии, что указывает на то, что гидрофильная природа оксида графена является ключевым фактором в его разрушении ферментами. Поэтому при разработке материалов из оксида графена для биомедицинских приложений следует учитывать коллоидную стабильность.