研究人员评估石墨烯增强复合材料的健康危害

由Empa领导的Graphene Flagship项目的一个国际研究小组对含石墨烯纳米颗粒的健康风险进行了研究，发现石墨烯基颗粒在磨损后从聚合物复合材料中释放出来，诱导的健康影响可以忽略不计。

石墨烯相关材料（GRM）通常用于增强聚合物。在重量百分比高达5%的小浓度下，GRM可以显着提高复合材料的强度，导电性和热传递，适用于各种应用。然而，作为一组相对较新的材料，石墨烯和GRM需要仔细评估，以便在商业化之前识别潜在的不利影响。

在他们最近的研究中，跨学科科学家团队制备了聚酰胺6（PA6，也称为尼龙-6）的复合材料 – 一种用于汽车和运动器材等多个领域的热塑性聚合物 – 具有2.5%的还原氧化石墨烯（rGO）。然后，他们模仿进一步的加工或报废场景对这种材料进行磨损，分别为rGO-PA6创建平均直径为1.9μm的颗粒，或分别为纯PA6的3.2μm。

研究人员分析并比较了由PA6-rGO，单独PA6或纯rGO组成的磨损颗粒在最有可能的暴露路线上的影响。因此，他们使用基于细胞的模型来代表人类肺部，胃肠道，皮肤和免疫系统，以及用于肺部暴露的体内小鼠模型。

Graphene Flagship研究人员分析了由聚酰胺衍生的颗粒的作用，这些颗粒用还原的氧化石墨烯增强。磨损颗粒的彩色SEM图像。图片来源：Empa / Journal of Hazardous Materials

研究人员发现，在不同的基于细胞的模型中，暴露于PA6-rGO后只有有限的急性反应。只有rGO诱导实质性的不良反应，特别是在巨噬细胞中，一种免疫细胞。由于吸入空气传播的材料是一个关键的职业问题，研究小组在小鼠中进行了一次暴露研究。与急性体外数据一致，PA6-rGO诱导了中度和短暂的肺部炎症。总体而言，这项综合研究表明，在rGO-PA6的急性暴露条件下，对人类健康的风险可能较低。然而，需要进一步的研究来评估慢性阻塞性肺疾病（COPD）或哮喘患者的慢性影响或影响。

暴露于测试材料（左）和对照细胞后培养物中人肺细胞的共聚焦显微镜图像。与阴性对照培养物相比，暴露于最高浓度的磨损颗粒的细胞中没有观察到改变的迹象 图像：Empa / Journal of Hazardous Materials

“我们的目标是在广泛使用这些新兴材料之前预测’如果？’情景，以避免未来的社会和经济缺陷，”该研究的主要作者Empa科学家Peter Wick说。“我们预料到的问题将与欧盟委员会的’实现无毒环境的可持续发展化学品战略’相关，促进GRM增强材料的安全和可持续使用。这要归功于一支由聚合物、石墨烯和纳米安全专家组成的多学科团队，受到石墨烯旗舰生态系统的青睐。

石墨烯旗舰的科学和技术官员兼管理小组主席Andrea C. Ferrari补充说：“这项对石墨烯 – 聚合物复合碎片可能毒性的全面研究强调了健康和安全从一开始就在石墨烯旗舰中发挥的核心作用。当这些复合材料被加工成工业部件时，需要认真考虑由于排放/磨损颗粒而可能对健康产生的影响。令人欣慰的是，这项研究显示出微不足道的效果，从而证实了石墨烯在大规模应用中的可行性。