Grafeno: ¿cuáles son los beneficios y los riesgos?


La irrupción del grafeno en el universo de los nanomateriales está generando una auténtica revolución por sus sorprendentes propiedades y sus promesas de aplicaciones que eclipsan la ciencia ficción. Pero, ¿qué sabemos sobre su seguridad humana y medioambiental?

¿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 cualquier otro material conocido. Es el primer cristal bidimensional formado por una lámina, de un átomo de grosor, de átomos de carbono unidos en una red hexagonal.

Este vídeo de la Sociedad Americana de Química (ACS) lo explica muy bien...

 

Las aplicaciones van desde la medicina, la recuperación del medio ambiente, la generación y el almacenamiento de energía, las tecnologías de la información y la comunicación, los sensores en todos los campos, el desarrollo de nuevos materiales ultrarresistentes pero ultraligeros, etc. Pantallas enrollables y finas como el papel, edificios que se autoalimentan con recubrimientos invisibles que transforman la luz solar en energía eléctrica, utensilios de cocina con sensores que avisan de la comida estropeada, medicamentos que detectan y actúan sobre las células cancerígenas o membranas que separan la sal del agua del mar, garantizando el agua dulce a toda la población y a tierras antes 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 del cerebro, como uno de los buques insignia de la investigación, creando el Graphene Flagship . En septiembre de 2014, la Comisión Europea definió este tipo de iniciativas como "proyectos visionarios de investigación científica a gran escala que abordan grandes retos científicos y tecnológicos". Lea aquí.

Se trata de iniciativas a largo plazo para concentrar equipos de investigación excelentes de diversas disciplinas, que comparten un objetivo común unificador y un ambicioso plan de investigación para alcanzarlo. Las iniciativas emblemáticas están orientadas a lograr impactos transformadores en la ciencia y la 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 para los próximos diez años. El núcleo del consorcio europeo reúne a 150 centros de investigación universitarios e industriales de 23 países. Lea aquí.

Para entender el alcance de este enorme proyecto, basta con mencionar las diferentes áreas y proyectos implicados. 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: Espintrónica, WP7: Sensores, WP8: Electrónica flexible, WP9: Energía, WP10: Nanocompuestos y WP11: Producción. Hasta la fecha, la evolución del proyecto, guiada por los resultados de la investigación, ha dado lugar a 20 paquetes de trabajo agrupados en 5 divisiones, incluidas las de administración y gestión del proyecto.

 

 

Andre Geim (derecha) y Konstantin Novoselov

Todo en la carrera

Se prevé que el mercado del grafeno crezca de $20 millones en 2014 a más de $390 millones en 2024. La carrera de desarrollo de patentes arrancó con fuerza poco después de 2010, cuando Andre Geim y Konstantin Novoselov recibieron el Premio Nobel de Física por sus trabajos sobre el grafeno. Desde entonces, la producción científica ha sido imparable y los países asiáticos están a la cabeza en el campo de las patentes de grafeno, solo hay que ver lo que dijo la Oficina de Patentes de Su Graciosa Majestad del Reino Unido en 2013. (Ver anexo al final)

En esta representación, los territorios topográficos son proporcionales al nivel de generación de patentes. Obsérvese la pequeña extensión occidental en comparación con la oriental. El nuevo informe de 2015 sobre el panorama mundial de las patentes de grafeno sigue otorgando a Asia este dominio, liderado por Samsung con familias de patentes dirigidas a la electrónica flexible y el almacenamiento de energía.

La proporción del pastel de patentes de grafeno a nivel mundial, antes y después de 2009. (El panorama mundial de las patentes en 2015. página 8).

¿Y la seguridad humana y medioambiental?

El potencial y el interés del grafeno son evidentes. Pasemos ahora a los aspectos de salud y seguridad laboral del grafeno. Como hemos visto, la Iniciativa emblemática del grafeno tiene un paquete de trabajo dedicado a la seguridad humana y medioambiental "como parte indispensable para hacer realidad todo el potencial de bienestar, crecimiento y competitividad que nos aporta la Iniciativa emblemática del grafeno".

El texto del WP2 dice El pequeño tamaño y las propiedades fisicoquímicas únicas del grafeno presentan riesgos potenciales para la salud humana y el medio ambiente. Identificar y resolver los posibles problemas de seguridad y toxicidad es crucial no sólo para su integración en las TIC, los materiales compuestos, etc., sino también en vista de sus posibles aplicaciones biomédicas, como los dispositivos de nanointerfaz directa con las células y los tejidos. Este paquete de trabajo (WP) es un requisito esencial que no puede disociarse del desarrollo de nuevas nanotecnologías. El grupo se encarga de investigar la seguridad humana y medioambiental del grafeno y está dirigido por el profesor Maurizio Prato, de la Universidad de Trieste (Italia), y el profesor Alberto Bianco, del CNRS (Centro Nacional de Investigación Científica) (Francia).

Pero, ¿qué sabemos hoy en día sobre la posible toxicidad del grafeno? Recientemente se ha publicado una revisión de las pruebas empíricas disponibles sobre la toxicidad del grafeno. La figura siguiente muestra un diagrama de los posibles mecanismos de citotoxicidad. Las láminas de grafeno pueden entrar en las células por diferentes vías. Una vez dentro, el grafeno puede inducir la generación de sustancias que producen estrés oxidativo, aumentan los niveles de LDH y MDH o modifican la homeostasis del calcio. Estas alteraciones pueden provocar diferentes tipos de daños, como la destrucción física de la célula, daños en la membrana plasmática, inflamación, alteración del ADN, daños mitocondriales, apoptosis o necrosis.

 

A pesar de estas pruebas, aún estamos lejos de poder formular una afirmación genérica sobre la posible toxicidad de ciertos tipos de grafeno. Menos aún para el grafeno en general. Hasta entonces, la aplicación del principio de precaución nos permitirá garantizar la seguridad y la salud laboral de todas las personas potencialmente expuestas al grafeno. En estas fases iniciales del desarrollo del grafeno, el principal grupo de trabajadores es el de los laboratorios de investigación y las empresas de producción de grafeno.

También debemos estar atentos a los resultados de las investigaciones que puedan darnos pistas o información sobre cómo actuar los responsables de la seguridad y la salud laboral de las personas potencialmente expuestas a los nanomateriales, como esta que nos dice que la edad puede ser un factor de respuesta diferencial a la exposición a los nanomateriales.

 

Le invito a explorar "La casa del grafeno", la página web de la Universidad de Manchester dedicada al grafeno, una de las mejores páginas web informativas, lo que no es de extrañar ya que es allí donde Geim y Novoselov descubrieron el grafeno. Lea aquí.

Adjunto

El panorama mundial de las patentes en 2013