Grafen är ett riktigt underbarn inom materialvetenskapen. I denna form av kol bildar atomerna tvådimensionella skikt. Detta ger grafen fördelaktiga egenskaper: Det är elektriskt ledande, nästan transparent och har hög draghållfasthet. Materialet har sedan det först syntetiserades 2004 varit föremål för intensiv forskning, även vid Empa. Dess inverkan på människor och miljö har undersökts grundligt inom ett EU-projekt 'Graphene Flagship' med Empa som deltagare.
Nu tar Empa-forskare ett steg längre och tillämpar principen 'Safe and Sustainable by Design' (SSbD) på det nya materialet. 'Grafen är ett bra exempel eftersom det redan finns många studier och data om det', förklarar Peter Wick, chef för Empas laboratorium 'Nanomaterials in Health'. 'Vi har även inom ramen för 'Graphene Flagship' ägnat tio år åt detta material.'
De grundläggande idéerna bakom SSbD-konceptet är inte nya, fortsätter forskaren: Säkerheten och hållbarheten hos grafen har redan varit ett centralt tema i flaggskeppsprojektet. Nytt är sammanslagningen av dessa teman i 'SSbD-ramverket' som ska göra det möjligt för industrin att skapa hållbara och säkra innovationer.
Det handlade dock inte (bara) om att ta reda på om grafen i sig är säkert och hållbart, betonar Empa-forskarna. 'Vi ville använda de goda datamängderna för att testa tillämpningen av SSbD-ramverket och ta reda på var och hur det kan vidareutvecklas och förenklas', förklarar Empa-forskaren Fiorella Pitaro från avdelningen 'Teknologi och Samhälle'.
Ett namn, många material
Uppgiften är komplex: Genom intensiv forskning och utveckling under de senaste två decennierna har en hel rad besläktade produkter lagts till rent grafen, så kallade grafen-liknande material. Det finns rent grafen, men även grafenoxid, reducerat grafenoxid, 'Few-Layer-Graphene' som består av flera skikt och mycket mer. Själva begreppen är inte alltid tydliga och kan i sin tur beteckna flera något olika material.
Denna mångfald är en utmaning, men också en fördel för tillämpningen av SSbD. 'Vi kan jämföra data för var och en av dessa materialsubklasser och göra uttalanden om hur skaderisken för en viss variant hänger samman med dess struktur', förklarar Wick. 'Eftersom de ofta har liknande funktionaliteter kan man då idealiskt använda den säkraste formen av grafen för varje tillämpning.'
Även hur materialet når människokroppen är avgörande för uttalanden om dess säkerhet: Inhaleras det eller injiceras det direkt i blodomloppet som en del av en medicin? Kommer det genom livsmedelskedjan in i vår matsmältningskanal eller appliceras det på huden? 'För att på ett tillförlitligt sätt kunna bedöma risken för människor måste vi känna till tillämpningen av materialet', säger Wick. För tillämpningen avgör om, hur och i vilka mängder en exponering sker.
Tillgängligt och tillförlitligt
'Vertygen och modellerna som används för utvärderingarna i SSbD-ramverket utvecklades huvudsakligen för kemikalier', säger Fiorella Pitaro. Där molekylstrukturen främst bestämmer egenskaperna hos kemikalier spelar betydligt fler faktorer in när det gäller material: ytegenskaper, partikelns form och storlek, bearbetningsteknik och mycket mer. Ett annat mål för Empa-forskarna är därför att vidareutveckla de befintliga SSbD-verktygen så att de även kan tillämpas på material.
Målet med SSbD är att främja hållbara och säkra innovationer. 'För att industrin, särskilt små och medelstora företag, ska kunna använda det, måste ramverket bli ännu mer tillgängligt och enklare', anser Peter Wick. Utsagorna om säkerheten och hållbarheten för undersökta material och kemikalier ska ändå vara så tillförlitliga som möjligt. För att förena dessa motstridiga krav behövs mer forskning, något som Empa-teamen arbetar med inom olika projekt.
När det gäller säkerheten och hållbarheten hos grafen är experterna försiktigt optimistiska. Inom många områden och tillämpningar verkar materialet vara säkrare och mer hållbart än de kolbaserade alternativen som används idag. Det är emellertid ingen frisedel att släppa ut det obegränsat i miljön, varnar de. 'Vi vet ännu inte allt', säger Empa-forskare Wick.
B) Medienkontakt: Anna Ettlin Kommunikation Tel. +41 58 765 47 33 redaktion@empa.ch