Graphene: Quais são os benefícios e os riscos?


A irrupção do grafeno no universo dos nanomateriais está gerando uma verdadeira revolução devido a suas incríveis propriedades e promessas de aplicações que eclipsam a ficção científica. Mas o que sabemos sobre sua segurança humana e ambiental?

O que é Graphene e por que é tão importante?

O grafeno é um novo material de carbono com potencial de inovação sem precedentes devido a suas extraordinárias propriedades: 200 vezes mais duro que o aço, mais condutivo que o cobre e mais leve que qualquer outro material conhecido. É o primeiro cristal bidimensional constituído por uma folha, um átomo de espessura, de átomos de carbono ligados em uma malha hexagonal.

Este vídeo da Sociedade Americana de Química (ACS) o explica muito bem.

 

As aplicações vão desde medicina, remediação ambiental, geração e armazenamento de energia, tecnologias de informação e comunicação, sensores em todos os campos, o desenvolvimento de novos materiais ultra-resistentes e ultra-leves, etc. Telas finas de papel, telas rolantes, edifícios autoalimentados por revestimentos invisíveis que transformam a luz solar em energia elétrica, utensílios de cozinha com sensores que alertam sobre alimentos estragados, medicamentos que detectam e atuam sobre células cancerígenas, ou membranas que separam o sal da água do mar, garantindo água doce para toda a população e para terras anteriormente desertificadas. Tudo está ao virar da esquina.

As expectativas geradas por este super material são tão amplas que a União Européia considerou a pesquisa neste campo, junto com a do cérebro, como uma das bandeiras da pesquisa, criando a Bandeira Grafena . Em setembro de 2014, a Comissão Européia definiu este tipo de iniciativa como "projetos visionários de pesquisa científica em larga escala que abordam grandes desafios científicos e tecnológicos". Leia aqui.

São iniciativas de longo prazo para concentrar excelentes equipes de pesquisa de várias disciplinas, compartilhando um objetivo comum unificador e um ambicioso plano de pesquisa para alcançá-lo. As bandeiras são orientadas para impactos transformacionais em ciência e tecnologia que oferecem uma vantagem competitiva chave para a indústria européia e benefícios importantes para a sociedade. O orçamento é de um bilhão de euros para os próximos dez anos. O núcleo do consórcio europeu reúne 150 centros de pesquisa universitários e industriais de 23 países. Leia aqui.

Para compreender o alcance deste enorme projeto, basta mencionar as diferentes áreas e projetos envolvidos. Até recentemente, o Graphene Flagship integrava 11 pacotes de trabalho: WP 1: Materiais, WP 2: Saúde e meio ambiente, WP 3: Ciência básica do grafeno e materiais 2D além do grafeno, WP4: Eletrônica de alta freqüência, WP5: Optoeletrônica, WP6: Spintrônica, WP7: Sensores, WP8: Eletrônica flexível, WP9: Energia, WP10: Nanocompósitos e WP11: Produção. Até hoje, a evolução do projeto, guiada pelos resultados da pesquisa, resultou em 20 pacotes de trabalho agrupados em 5 divisões, incluindo as de administração e gerenciamento de projetos.

 

 

Andre Geim (à direita) e Konstantin Novoselov

Tudo na Corrida

Prevê-se que o mercado de grafeno cresça de $20 milhões em 2014 para mais de $390 milhões em 2024. A corrida pelo desenvolvimento de patentes começou logo após 2010, quando Andre Geim e Konstantin Novoselov receberam o Prêmio Nobel de Física por seu trabalho no grafeno. Desde então, a produção científica tem sido imparável e os países asiáticos estão liderando o caminho no campo das patentes de grafeno, basta ver o que o Escritório de Patentes de Sua Graciosa Majestade do Reino Unido tinha a dizer em 2013. (Veja o anexo no final)

Nesta representação, os territórios topográficos são proporcionais ao nível de geração de patentes. Observe as pequenas extensões ocidentais em relação às extensões orientais. O novo relatório de 2015 sobre o cenário global de patentes de grafeno continua a dar à Ásia este domínio, liderado pela Samsung com famílias de patentes visando a eletrônica flexível e o armazenamento de energia.

A fatia da torta global de grafeno, antes e depois de 2009. (O panorama mundial de patentes em 2015. página 8).

E quanto à segurança humana e ambiental?

O potencial e o interesse do grafeno é claro. Agora voltamo-nos aos aspectos de saúde e segurança ocupacional do grafeno. Como vimos, o Graphene Flagship tem um pacote de trabalho dedicado à segurança humana e ambiental "como parte indispensável da realização do pleno potencial de bem-estar, crescimento e competitividade que o Graphene Flagship nos traz".

O texto do WP2 diz: O tamanho pequeno e as propriedades físico-químicas únicas do grafeno apresentam riscos potenciais para a saúde humana e o meio ambiente. Identificar e resolver potenciais questões de segurança e toxicidade é crucial não apenas para sua integração nas TIC, materiais compostos, etc., mas também em vista de suas potenciais aplicações biomédicas, tais como dispositivos de nano-interface direta com células e tecidos. Este pacote de trabalho (WP) é um requisito essencial que não pode ser dissociado do desenvolvimento de novas nanotecnologias. O grupo está encarregado de investigar a segurança humana e ambiental do grafeno e é liderado pelo Prof. Maurizio Prato, Universidade de Trieste, Itália e pelo Prof. Alberto Bianco, CNRS (Centre National de la Recherche Scientifique), França.

Bem, mas o que sabemos hoje sobre a possível toxicidade do grafeno? Uma revisão das evidências empíricas disponíveis sobre a toxicidade do grafeno foi publicada recentemente. A figura abaixo mostra um diagrama de possíveis mecanismos de citotoxicidade. As folhas de grafeno podem entrar nas células por diferentes vias. Uma vez dentro, o grafeno pode induzir a geração de substâncias que produzem estresse oxidativo, aumentar os níveis de LDH e MDH ou modificar a homeostase do cálcio. Estas alterações podem causar diferentes tipos de danos, tais como destruição física da célula, dano da membrana plasmática, inflamação, alteração do DNA, dano mitocondrial, apoptose ou necrose.

 

Apesar destas evidências, ainda estamos longe de poder formular uma declaração genérica sobre a possível toxicidade de certos tipos de grafeno. Ainda menos para o grafeno em geral. Até lá, a aplicação do princípio da precaução nos permitirá garantir a saúde e segurança ocupacional de todos aqueles potencialmente expostos ao grafeno. Nestas etapas iniciais de desenvolvimento do grafeno, o principal grupo de trabalhadores é o dos laboratórios de pesquisa e das empresas produtoras de grafeno.

Também devemos estar atentos aos resultados de pesquisas que possam nos fornecer pistas ou informações sobre como agir como responsáveis pela saúde e segurança ocupacional de pessoas potencialmente expostas a nanomateriais, como este que nos diz que a idade pode ser um fator de resposta diferencial à exposição a nanomateriais.

 

Convido você a explorar a "The graphene house", o site da Universidade de Manchester dedicado ao grafeno, um dos melhores sites informativos, o que não é surpreendente, pois foi lá que Geim e Novoselov descobriram o grafeno. Leia aqui.

Anexo

A Paisagem Mundial de Patentes em 2013