Co z nanotechnologicznym grafenem w maseczkach do twarzy?


Istnieje wiele obaw dotyczących bezpieczeństwa związanych z grafenem pochodzącym z nanotechnologii w maskach na twarz. Ostrzeżenia przed potencjalną "wczesną toksycznością płucną" związaną z maskami twarzowymi zawierającymi grafen podnoszą poważne pytania dotyczące kontroli i równowagi bezpieczeństwa.

Co to jest grafen i jak bardzo jest bezpieczny?

Maski na twarz powinny nas chronić, a nie narażać na większe niebezpieczeństwo. Jednak w zeszły piątek Radio Canada ujawniło, że mieszkańcom Quebecu i Ottawy odradza się używanie określonych rodzajów masek zawierających grafen, ponieważ mogą one być potencjalnie szkodliwe. Przeczytaj tutaj.

Grafen

Szkodliwym materiałem w maskach jest grafen - forma węgla, która składa się z nanoskopowo cienkich płatków sześciokątnie ułożonych atomów węgla. Jest to materiał, który ma wiele potencjalnie korzystnych właściwości, w tym zdolność do zabijania bakterii i wirusów, gdy są one wystawione na jego działanie.


Jednak pomimo tego, żetwiele potencjalnych zastosowań, naukowa ława przysięgłych wciąż nie jest rozstrzygnięta, jeśli chodzi o to, jak bezpieczny jest ten materiał.

UPDATE April 2, 2021: Health Canada wydała poradę, w której prosi ludzi, aby "nie używali masek na twarz oznaczonych jako zawierające grafen lub grafen z biomasy". Więcej informacji tutaj.


Tak jak w przypadku wszystkich materiałów, potencjalne zagrożenia dla zdrowia związane z grafenem zależą od tego, czy może on dostać się do organizmu, dokąd trafi, jeśli tak się stanie, co zrobi, gdy już się tam dostanie, oraz ile go potrzeba, aby spowodować wystarczające szkody, aby było to powodem do niepokoju.

Niestety, nawet jeśli są to dość podstawowe pytania, nie ma wielu odpowiedzi, jeśli chodzi o stosowanie substancji w maseczkach do twarzy.

Pojawiające się obawy

(Dodano 26 marca 2021) Obecne obawy wokół stosowania grafenu w maskach twarzy wynikają z notatki wysłanej przez Health Canada do kanadyjskich prowincjonalnych i terytorialnych ministerstw zdrowia w dniu 25 marca. Ta notatka, według mojej wiedzy, nie została jeszcze upubliczniona, chociaż wspomina plany wydania publicznego oświadczenia.

W notatce, Health Canada zaleca użytkownikom "zaprzestać zakupu i stosowania masek na twarz zawierających nanoformę grafenu" - oświadczenie, które obejmuje rosnącą gamę komercyjnie dostępnych masek na twarz.

Na poparcie tej tezy stwierdza się:

"Health Canada przeprowadziła wstępną ocenę ryzyka, która zidentyfikowała potencjał wczesnej toksyczności płucnej związanej z wdychaniem nanoformy grafenu. Do tej pory Health Canada nie otrzymała danych potwierdzających bezpieczeństwo i skuteczność masek na twarz zawierających nanoformę grafenu.

"Jako takie i przy braku dowodów producenta na poparcie bezpiecznego i skutecznego stosowania masek pokrytych nanoformą grafenu, Health Canada uważa, że ryzyko związane z tymi wyrobami medycznymi jest nie do przyjęcia".

Poza tym nie ma jeszcze żadnych szczegółów dotyczących danych, które zostały uwzględnione w tej wstępnej ocenie ryzyka.

Jak bardzo toksyczny jest grafen?

Wczesne obawy związane z grafenem zostały wywołane wcześniejszymi badaniami nad inną formą węgla - nanorurkami węglowymi. Okazuje się, że niektóre formy tych podobnych do włókien materiałów mogą być bardzo szkodliwe w przypadku ich wdychania. Naturalnym następstwem tych badań jest pytanie, czy bliski kuzyn grafenu - nanorurki węglowe - ma podobne zagrożenia. Przeczytaj tutaj.

Ponieważ grafen nie posiada wielu fizycznych i chemicznych cech nanorurek węglowych, które czynią je szkodliwymi (np. jest długi, cienki i trudny do usunięcia przez organizm), wszystko wskazuje na to, że materiał ten jest bezpieczniejszy od swoich nanorurkowych kuzynów. Ale bezpieczniejszy nie znaczy pewny. Obecne badania wskazują, że nie jest to materiał, który powinien być stosowany w miejscach, w których mógłby być wdychany, bez uprzedniego przeprowadzenia odpowiedniej ilości testów bezpieczeństwa. Przeczytaj tutaj.


W ostatnich latach pojawiło się wiele kompleksowych przeglądów na temat potencjalnej toksyczności grafenu, w tym ten papier z 2018 roku autorstwa Bengta Fadeela i współpracowników (patrz "pdf 1" koniec postu), a także ten autorstwa Vanesy Sanches i współpracowników:


Oba są solidnymi recenzjami szanowanych zespołów badawczych. I oba wskazują, że chociaż toksyczność grafenu jest złożona i może być niska w niektórych przypadkach, to nie jest ona nieistotna.

Jeśli chodzi o wdychanie grafenu, obecny stan nauki wskazuje, że jeśli materiał może dostać się do dolnych partii płuc (respirabilny lub pęcherzykowy region), może prowadzić do reakcji zapalnej przy wystarczająco wysokich stężeniach.

Istnieją dowody na to, że negatywne reakcje są stosunkowo krótkotrwałe, a cząsteczki grafenu mogą zostać rozłożone i usunięte przez mechanizmy obronne płuc.

Jest to dobra wiadomość, ponieważ oznacza to, że prawdopodobieństwo wystąpienia długotrwałych skutków zdrowotnych związanych z wdychaniem materiału jest mniejsze.

Istnieją również dowody na to, że grafen, w przeciwieństwie do niektórych form cienkich, prostych nanorurek węglowych, nie migruje do zewnętrznych warstw płuc, gdzie mógłby potencjalnie wyrządzić o wiele więcej szkód.

Ponownie, jest to zachęcające, ponieważ sugeruje, że grafen jest mało prawdopodobne, aby prowadzić do poważnych długoterminowych skutków zdrowotnych, takich jak mesothelioma.

Jednak badania pokazują również, że nie jest to materiał łagodny. Pomimo tego, że jest on wykonany z węgla - a kuszące jest myślenie o węglu jako bezpiecznym, tylko dlatego, że jest nam dobrze znany - istnieją dowody na to, że postrzępione krawędzie niektórych cząsteczek grafenu mogą uszkadzać komórki, prowadząc do miejscowych uszkodzeń, ponieważ organizm reaguje na wszelkie uszkodzenia spowodowane przez ten materiał.

Istnieją również obawy, choć są one słabiej zbadane w literaturze, że niektóre formy grafenu mogą być nośnikami nanometrowej wielkości cząstek metali, które mogą być dość destrukcyjne w płucach. Tak jest z pewnością w przypadku niektórych nanorurek węglowych, ponieważ metalowe cząstki katalizatorów używanych do ich produkcji osadzają się w materiale i przyczyniają się do jego toksyczności.


W skrócie chodzi o to, że choć nadal istnieje wiele luk w naszej wiedzy na temat tego, ile grafenu można bezpiecznie wdychać, wdychanie małych cząstek grafenu prawdopodobnie nie jest najlepszym pomysłem, chyba że przeprowadzono kompleksowe testy, które wykazałyby, że jest inaczej.

I to prowadzi nas do maseczek do twarzy zawierających grafen.

Czy grafen w maskach do twarzy może stanowić zagrożenie dla zdrowia?

Zgodnie z ogólną zasadą, nanomateriały nie powinny być stosowane w produktach, w których mogłyby zostać przypadkowo wdychane i dotrzeć do wrażliwych dolnych partii płuc. Ale czy maski na twarz zawierające grafen wyrzucają cząsteczki zawierające grafen, które są na tyle małe, że mogą być wdychane i osadzać się we wrażliwych regionach płuc?


Tutaj muszę przyznać, że trafiłem w ślepy zaułek w moich poszukiwaniach dowodów za lub przeciw uwalnianiu cząsteczek zawierających grafen w maskach na twarz, o których wspomina Radio Canada. Ale to samo w sobie jest czerwoną flagą.

Biorąc pod uwagę wszystko, co wiemy na temat toksyczności płucnej zaprojektowanych nanocząsteczek oraz niepewność co do ryzyka związanego z wdychaniem grafenu, z pewnością ktoś powinien był zadać to pytanie podczas opracowywania masek zawierających grafen.

Kiedy nanocząsteczki unoszące się w powietrzu są wdychane i przenikają do dolnych partii płuc (rejon pęcherzyków płucnych), mogą wywołać reakcję, która jest bardziej związana z liczbą lub powierzchnią cząsteczek niż ich masą. Z tego powodu bardzo małe ilości materiału mogą potencjalnie wyrządzić wiele szkód - o wiele więcej, niż można by przypuszczać na podstawie samej masy materiału.


Jedną z konsekwencji tego jest to, że im mniejsze lub cieńsze są cząsteczki, tym więcej szkód mogą wyrządzić.

Grafen składa się zazwyczaj z płytek o grubości zaledwie kilku atomów i szerokości od setek do tysięcy nanometrów (nanometr to jedna miliardowa część metra). Jeśli te płytki byłyby uwalniane do powietrza z masek twarzowych podczas wdychania przez użytkownika, wiele z nich dotarłoby do pęcherzyków płucnych.

Oczywiście nie wiemy, czy są one uwalniane, czy nie. Nie widziałem żadnych danych na ten temat, a mogą one być tak mocno przytwierdzone do materiału maski, że pozostaną na swoim miejscu. A z tego, co wiemy o fizyce nanocząsteczek, pojedyncze płytki raczej nie ulegną przemieszczeniu, ponieważ siły utrzymujące je na miejscu byłyby po prostu zbyt silne.

Istnieje jednak duże prawdopodobieństwo, że mogą zostać uwolnione grudki płytek krwi - zwłaszcza jeśli producent maski nie przemyślał odpowiednio jej konstrukcji. W takim przypadku uwalniające się w powietrzu cząsteczki o średnicy do około 5-10 µm mogą potencjalnie stanowić zagrożenie dla zdrowia.

I to właśnie w tym miejscu rozpaczliwie potrzeba więcej informacji - zwłaszcza, że na świecie sprzedaje się coraz więcej masek na bazie grafenu.

Jeśli Radio Canada ma rację, że Health Canada ostrzegła przed "możliwością 'wczesnej toksyczności płucnej'" związanej z konkretną marką masek na twarz zawierających grafen, sugerowałoby to, że istnieje prawdopodobna możliwość, że cząsteczki zawierające grafen zostaną uwolnione i wdychane, gdy ktoś nosi te maski. A jeśli tak, to należy zadać poważne pytania dotyczące potencjalnego zagrożenia dla zdrowia oraz skali problemu.

W tym miejscu należy podkreślić, że nie wiemy jeszcze, czy cząsteczki grafenu są uwalniane, a jeśli tak, to czy w ilościach wystarczających do wywołania skutków zdrowotnych. Istnieją też przesłanki, że jeśli istnieje ryzyko zdrowotne, to może być ono stosunkowo krótkotrwałe - po prostu dlatego, że cząsteczki grafenu mogą być skutecznie degradowane przez mechanizmy obronne płuc.

Jednocześnie wydaje się wysoce nieodpowiedzialne umieszczanie materiału o nieznanym ryzyku inhalacyjnym w produkcie, który jest ściśle związany z inhalacją. Szczególnie w sytuacji, gdy na rynku pojawia się coraz więcej masek do twarzy, które twierdzą, że wykorzystują grafen.

Kto produkuje grafenowe maseczki do twarzy?

Radio Canada twierdzi, że grafenowe maski na twarz, których odradza się ludziom, są produkowane przez producenta Métallifer z Quebecu. Okazuje się jednak, że maski te pochodzą z chińskiej spółki holdingowej Jinan Shengquan Group Share Holding Co., Ltd. Zobacz tutaj.

W ramach grupy Shengquan, Shandong Shengquan New Materials Co., Ltd. produkuje szereg masek twarzowych i respiratorów wykorzystujących grafen. Przeczytaj tutaj. A szybkie wyszukiwanie na Amazon wskazuje, że duża liczba firm wydaje się sprzedawać maski do twarzy zawierające flagową technologię Shandong "grafen biomasy".

Zgodnie z informacjami na stronie nbgenerator.com, grafen z biomasy Shandong "pochodzi z naturalnych słomek jako surowca, które wykorzystują metodę pirolizy opartą na grupowym osadzaniu węgla". Strona powołuje się również na chiński patent ZL 2015 1 0819312.x. Przeczytaj tutaj. I tutaj.

Patent ten dostarcza nieco więcej informacji na temat tego materiału, ale niestety nie jest to zbyt wiele. Wskazuje on jednak, że produkt zawiera śladowe ilości różnych metali katalitycznych, w tym żelaza i niklu - prawdopodobnie w postaci nanocząsteczek. A wracając do tego, co wiadomo na temat toksyczności inhalacyjnej innych form węgla, obecność metali katalitycznych może stanowić problem.

Co ciekawe, amerykańskie Centers for Disease Control and Prevention National Personal Protective Technology Laboratory (NPPTL) przeprowadziło testy respiratora grafenowego z biomasy Shandong jeszcze w czerwcu 2020 roku. Zob. "pdf 2" na końcu postu.

Półmaska dobrze wypadła w testach, których celem jest ocena jej zdolności do zapobiegania narażeniu na cząstki unoszące się w powietrzu na zewnątrz. Jednak testy te nie uwzględniają cząsteczek, które mogły zostać uwolnione z wnętrza maski.

Dobrą wiadomością jest to, że wysoki współczynnik filtracji (ponad 97% efektywnie) sugeruje, że wewnętrzne wyrzucanie drobnych cząstek było niewielkie. Testy nie wykazują jednak jednoznacznie, że potencjalnie szkodliwe cząsteczki grafenu nie zostały uwolnione.

A Shandong nie jest jedynym producentem masek na twarz opartych na grafenie. W ciągu ostatniego roku wielu naukowców badało możliwość dodania tego materiału do masek - ten zespół badawczy z Hong Kongu jest tylko jednym z przykładów. Coraz więcej firm zaczęło korzystać z tej technologii. W rzeczywistości, szybkie wyszukiwanie na Amazon ujawnia długą listę produktów i producentów, z których wszyscy twierdzą, że oferują lepszą ochronę, ponieważ zawierają grafen. Przeczytaj tutaj.

Co dalej?

Pomimo braku jednoznacznych dowodów na zagrożenia dla zdrowia związane z maskami na twarz zawierającymi grafen (chociaż Health Canada może mieć dane, które nie zostały jeszcze ujawnione), muszę przyznać, że jestem zaniepokojony tym, co widzę rozwijających się.

Od ponad 20 lat zajmuję się badaniem zagrożeń związanych z nanomateriałami oraz opracowywaniem metod bezpiecznego i odpowiedzialnego ich stosowania. W tym czasie stało się jasne, że należy poważnie potraktować kwestię bezpiecznego i odpowiedzialnego stosowania wszelkich nowych produktów, które potencjalnie mogą prowadzić do przedostania się nanomateriałów do organizmu człowieka. Przeczytaj tutaj.

Na szczęście wiele produktów nanotechnologii jest stosunkowo bezpiecznych - lub można je uczynić bezpiecznymi przy zachowaniu pewnej przezorności. Wiemy jednak wystarczająco dużo - i to od lat - aby mieć dobre wyczucie, jakie pytania powinniśmy zadawać za każdym razem, gdy mamy do czynienia z produktem, w którym cząstki nanoskali mogą być uwalniane i wdychane.

Są to podstawowe pytania, na które nie trzeba odpowiadać: Czy materiał może dostać się do organizmu? Jeśli tak, to czy może zachowywać się w sposób, który może wyrządzić szkodę? Jeśli tak, to jakiego rodzaju jest to uszkodzenie i jak jest ono powodowane? I ile materiału potrzeba, aby wywołać niepokój?

Na niektóre z tych pytań trudno jest odpowiedzieć, jeśli chodzi o nanomateriały takie jak grafen, ponieważ nie zawsze wiemy, co takiego jest w materiale, że miesza się on z naszą biologią i jakie są tego konsekwencje. Ale to właśnie tutaj badania naukowe i spora dawka ostrożności dają kopa w myśl uniwersalnej zasady "lepiej być bezpiecznym niż żałować".

Ironia polega na tym, że w ciągu ostatnich kilkudziesięciu lat na badania nad zagrożeniami związanymi z nanomateriałami wydano setki milionów dolarów. Jednak jeśli chodzi o rzeczywiste produkty i rzeczywiste zagrożenia, wydaje się, że nikt nie zadaje pytań, które się liczą, ani nie udziela odpowiedzi!

Shandong nie jest jedynym producentem grafenowych masek twarzowych. Na całym świecie sprzedaje się i używa miliony grafenowych masek twarzowych i respiratorów. I chociaż rozwijające się wiadomości koncentrują się na Quebecu i jednym konkretnym typie maski twarzowej, to wywołuje to niepewność co do bezpieczeństwa wszystkich masek zawierających grafen, które są sprzedawane.

Ta niepewność będzie się utrzymywać dopóki producenci i regulatorzy nie dostarczą danych wskazujących, że przetestowali produkty pod kątem uwalniania i późniejszej inhalacji drobnych cząstek grafenu i wykazali, że ryzyko jest znikome.

Jeśli te dane nie istnieją, to jest to nieodpowiedzialna innowacja na wielką skalę - nawet jeśli ryzyko okaże się nieistotne. Demonstruje to poziom naiwności i lekceważenia dotychczasowych badań nad ryzykiem, co grozi podważeniem zaufania do stosowania masek. Istnieje dodatkowe ryzyko, że wywoła to niepokój u osób, które używały masek w sposób odpowiedzialny, a teraz zastanawiają się, czy w związku z tym nie ryzykowały swojego zdrowia.

A jeśli ryzyko nie jest znikome, to mamy problem, który wykracza daleko poza Quebec!

Mam szczerą nadzieję, że wszelkie zagrożenia wynikające z zastosowania grafenu w maskach do twarzy będą znikome, a dane, które to potwierdzą, szybko ujrzą światło dzienne.

Jednak jeśli chodzi o ryzyko związane z wykorzystaniem nowych technologii, sama nadzieja nie wystarczy. Podobnie jak naiwne stosowanie nowego materiału przy jednoczesnym ignorowaniu potencjalnego ryzyka.

Uzupełnienie

W badaniach Shandong grafen maska twarzy, następujące grafiki pojawił się na nbgenerator.com, który wydawał się wskazywać, że maska ma zatwierdzenie FDA:


Jeszcze nie znalazłem niczego, co by pasowało do tego na stronie FDA. Shandong mają szereg 501(k) przedrynkowych zgłoszeń z FDA, ale żaden z nich nie wspomina o wykorzystaniu grafenu w maskach na twarz. Przeczytaj tutaj.

Dopóki nie pojawią się dalsze dowody, moje najlepsze przypuszczenie jest takie, że jest to potwierdzenie przez FDA zgody na sprzedaż produktu, który jest zasadniczo równoważny z istniejącym zatwierdzonym produktem - choć nie takim, który wykorzystuje lub wspomina o wykorzystaniu grafenu - lub lokalny certyfikat produkcji.

Istnieje, co ciekawe, kilka innych producentów masek grafenowych, które twierdzą, że zatwierdzenie FDA (na przykład, MamaMoorMedicevo oraz NQX). Jednak frustrująco trudno jest dowiedzieć się, co dokładnie oznacza tutaj zatwierdzenie przez FDA. Lub, dla tej sprawy, kiedy FDA rozważa równoważność produktu, czy biorą pod uwagę potencjał maski do zrzucania respirabilnych nanocząsteczek.

Innymi słowy, nawet jeśli chodzi o FDA, wydaje się, że jest więcej pytań niż odpowiedzi.

Załączniki

1. Ocena bezpieczeństwa materiałów na bazie grafenu: Koncentracja na zdrowiu człowieka i środowisku


2. NPPTL COVID-19 Odpowiedź: Międzynarodowa ocena respiratorów