Grafenas yra tikras medžiagų mokslo stebuklas. Šioje anglies formoje atomai susijungia į dvimatės sluoksnių struktūras. Tai suteikia grafenui pranašumus: jis yra elektrai laidus, beveik permatomas ir turi aukštą traukimo stiprumą. Todėl ši medžiaga, nuo pirmosios sintezės 2004 metais, intensyviai tyrinėjama, taip pat ir Empa. Jos poveikis žmonėms ir aplinkai buvo kruopščiai ištirtas ES „Graphene Flagship“ projekte su Empa dalyvavimu.
Dabar Empa tyrėjai žengia žingsnį toliau ir taiko „Saugios ir tvarios dizainu“ principą naujai medžiagai. „Grafenas yra geras pavyzdys, nes jau daug tyrimų ir duomenų apie jį yra“, aiškina Peter Wick, kuris vadovauja Empa laboratorijai „Nanomaterials in Health“. „Mes taip pat dešimt metų, dalyvaujant ‚Graphene Flagship‘, dirbome su šia medžiaga.“
Pagrindinės SSbD koncepcijos idėjos nėra naujos, tęsia mokslininkas: grafeno saugumas ir tvarumas jau buvo pagrindinė tema Flagship projekte. Nauja yra šių temų sujungimas į „SSbD“ sistemą, kuri turėtų leisti industrijai kurti tvarius ir saugius naujoviškus produktus.
Atitinkamai Empa tyrėjai ne tik siekia išsiaiškinti, ar pats grafenas yra saugus ir tvarus. „Mes norėjome pasinaudoti gera duomenų baze, norėdami išbandyti SSbD-taikymo sistemą ir nustatyti, kur ir kaip ją galima toliau plėtoti ir supaprastinti“, aiškina Empa tyrėja Fiorella Pitaro iš „Technologijos ir visuomenės“ skyriaus.
Vienas pavadinimas, daug medžiagų
Užduotis yra sudėtinga: per pastaruosius du dešimtmečius intensyvaus tyrimo ir kūrimo gryną grafeną papildė visa galybė susijusių produktų, vadinamųjų grafeno panašių medžiagų. Yra grynas grafenas, bet taip pat ir grafeno oksidas, sumažintas grafeno oksidas, „Few-Layer-Graphene“, sudarytas iš kelių sluoksnių, ir dar daug daugiau. Net šie terminai nėra visada tikslūs ir gali žymėti kelias beveik skirtingas medžiagas.
Ši įvairovė yra iššūkis, bet kartu ir privalumas SSbD taikymui. „Mes galime palyginti duomenis apie kiekvieną šių medžiagos pogatvių ir padaryti išvadas, kaip konkrečios variantės žalos potencialas susijęs su jos struktūra“, aiškina Wick. „Kadangi jos dažnai turi panašias funkcionalumus, idealiu atveju, kiekvienam taikymui gali būti naudojama saugiausia grafeno forma.“
Taip pat svarbu, kaip medžiaga patenka į žmogaus kūną, sprendžiant apie jos saugumą: ar įkvėpiama ar kaip medikamento dalis tiesiogiai įšvirkščiama į kraują? Ar ji patenka per maisto grandinę į mūsų virškinamąjį traktą, ar ji tepama ant odos? „Norėdami patikimai įvertinti riziką žmonėms, mes turime žinoti medžiagos taikymą“, sako Wick. Nes taikymas lemia, ar ir kaip, kokiu kiekiu vyksta ekspozicija.
Prieinama ir patikima
„Priemonės ir modeliai, naudojami SSbD sistemos vertinimams, buvo sukurti daugiausia chemikalams“, sako Fiorella Pitaro. Kur chemikalų savybes lemia molekulinė struktūra, prie medžiagų žymiai daugiau veiksnių prisijungia: paviršiaus savybės, dalelių forma ir dydis, perdirbimo būdas ir daug daugiau. Taip pat Empa tyrėjų tikslas yra tobulinti esamus SSbD įrankius, kad jie būtų taikomi ir medžiagoms.
SSbD tikslas yra skatinti tvarias ir saugias naujoves. „Kad pramonė, ypač mažos ir vidutinės įmonės, galėtų ją taikyti, sistema turi tapti dar prieinamesnė ir paprastesnė“, sako Peter Wick. Sprendimai apie medžiagos ir chemikalų saugumą turi būti kaip įmanoma patikimi. Norint suderinti šiuos prieštaringus reikalavimus, reikia dar daugiau tyrimų – tai, ką Empa komandos plėtoja skirtinguose projektuose.
Kalbant apie grafeno saugumą ir tvarumą, ekspertai yra atsargiai optimistiški. Daugelyje sričių ir taikymų medžiaga atrodo saugesnė ir tvaresnė, palyginti su šiuo metu naudojamomis anglies pagrindu pagamintomis alternatyvomis. Tačiau tai nėra leidimas ją neribotai išleisti į aplinką, jie įspėja. „Mes dar ne viską žinome“, sako Empa tyrėjas Wick.