האם גרפן מסוכן לגוף האדם?

צוות חוקרים מאוניברסיטת בראון הגיע למסקנה כי גרפן – החומר המסקרן שעשוי להיות החומר העיקרי במוליכים למחצה שיפותחו בעתיד – מזיק לשלמותם של תאים חיים. אם הממצאים של מחקר רעילות זה יאומתו על ידי חוקרים אחרים הרי שגרפן עלול למצוא את מקומו באותה הקבוצה של החומרים הרעילים הכוללת את המקבילה הגלילית שלו, ננו-שפופרות פחמן.

צוות חוקרים מאוניברסיטת בראון הגיע למסקנה כי גרפן – החומר המסקרן שעשוי להיות החומר העיקרי במוליכים למחצה שיפותחו בעתיד – מזיק לשלמותם של תאים חיים. אם הממצאים של מחקר רעילות זה יאומתו על ידי חוקרים אחרים הרי שגרפן עלול למצוא את מקומו באותה הקבוצה של החומרים הרעילים הכוללת את המקבילה הגלילית שלו, ננו-שפופרות פחמן.

“את הגרפן קל יותר לייצר מאשר את ננו-שפופרות הפחמן והוא יוכל להחליף אותן ביישומים רבים,” אומרת הפרופסור Agnes Kane מאוניברסיטת בראון. “לגרפן יש מאפיינים ייחודיים רבים, אולם התכונה החשובה ביותר מבחינתנו היא שניתן לייצר אותו מגרפיט, שהוא חומר המצוי בטבע, בעזרת שיטה כימית של קילוף מכני שבו מפרידים את יריעות הפחמן זו מזו לקבלת אבקה יבשה. בתור מומחי פתולוגיה, כבר בדקנו ננו-שפופרות וחומרים דומים המורכבים מאטומי פחמן בלבד, אולם זהו החומר הננומטרי הדו-ממדי הראשון שבדקנו אי-פעם לבחינת רעילותו”.

צוות החוקרים החל בבדיקת רעילות החומר גרפן ומצא כי החומר אכן משבש את פעילות התאים, כמו שקרה עם ננו-שפופרות. לשם הבנת הממצאים הללו נעזר הצוות במומחה להנדסה אשר הכין הדמיות מחשב מפורטות ברמה האטומית של החומר גרפן בעודו מגיב עם התא החי.

המנגנון שהתגלה על ידי החוקרים היה בלתי צפוי, זאת לאור העובדה כי הדמיות ראשוניות של הגרפן המגיב עם תאים חיים הראו כי החומר אינו מזיק לתאי הגוף. לעומת זאת, צוות המומחים הביולוגים בקבוצת המחקר ידע מתוך ניסויי רעילות כי שברי גרפן אכן משבשים את הפעילות הרגילה של תאים חיים. בסופו של דבר מסתבר כי ההדמיות מהדור הראשון היו פשטניות מדי ובמסגרתן שברי הגרפן הודמו למרובעים, בעוד שהשברים המציאותיים הם בעלי קצוות חדים ומחודדים העלולים לחדור את דופנות התאים ולמשוך אחריהם את כל השבר. ההדמיות המעודכנות הובילו למידול מדויק יותר של ניסויי הרעילות.

לאחר שהחוקרים קיבלו את ההדמיות המדויקות שהראו מהו המנגנון שבאמצעותו הגרפן משבש את פעילותו הרגילה של התא, מומחה לפתולוגיה הצליח לחזור על ניסויי הרעילות תוך קבלת תמונות מפורטות שהראו כי התאים אכן ניזוקו. המחקרים הבאים נערכו על תאים אנושיים של ריאות, עור והמערכת החיסונית ובתוך צלחות פטרי, ואימתו כי יריעות גרפן בגודל של 10 מיקרונים אכן עלולות לנקב את קרומיות התא ולחדור לתוך התאים החיים עצמם.

לכל הננו-חומרים המרתקים יש תכונות יוצאות דופן, והגדרתם בתור חומרים מסוכנים לא מונעת מהם לחלוטין לשמש בתעשייה, מאחר וחומרים מסוכנים רבים כבר משמשים היום ובהצלחה בייצור של מוליכים למחצה, כולל החומרים המסוכנים עופרת, כספית וקדמיום. לאמיתו של דבר, החוקרים מאוניברסיטת בראון בודקים את הרעילות של מגוון ננו-חומרים אחרים, וזאת כהקדמה לפיתוחן של שיטות ייצור, טיפול ושימוש בטוחות יותר במהלך מלוא מחזור החיים של חומרים אלו.

“היתרון הגדול בננו-חומרים הוא שניתן לתכנן אותם כך שיאצרו בתוכם את התכונות הרצויות לנו,” מסבירה החוקרת הראשית. “בעזרת מידול ממוחשב אנו מקווים לשנות את החומרים הללו כך שיהפכו לפחות ופחות רעילים.” גרפן עצמו נחשב כמועמד מבטיח להחלפתו של הסיליקון בתור המרכיב הבסיסי בתוך מוליכים למחצה.

הידיעה על המחקר