Znajdź zawartość

Nanopłatki tlenku grafenu (s-GO) wpływają na transmisję sygnału w synapsach pobudzeniowych. Zabieg jest odwracalny, bo znikają one bez śladu po 72 godzinach od podania. Naukowcy mają nadzieję, że w przyszłości uda się to wykorzystać np. w terapii padaczki lub do transportu leczniczych substancji. Zespół prof. Laury Ballerini z Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (SISSA) odkrył, że w hodowlach komórek hipokampa s-GO wybiórczo hamują aktywność glutaminergiczną, nie zmieniając przy tym żywotności komórek. Kwas L-glutaminowy jest ważnym neuroprzekaźnikiem pobudzającym. Coraz więcej dowodów wskazuje na jego rolę w chorobach neuropsychicznych. Eksperymenty opisane na łamach Nano Letters pokazują, że s-GO bezpośrednio oddziałują na uwalnianie pęcherzyka presynaptycznego. Akademicy uważają więc, że nanopłatki tlenku grafenu zmniejszają dostępność neuroprzekaźnika. Oprócz tego s-GO wstrzyknięto do hipokampów zwierząt. Testy patch-clamp na wycinkach mózgu, które przeprowadzono 2 doby od zabiegu, pokazały znaczący spadek w zakresie glutaminergicznej aktywności synaptycznej (porównań dokonywano do iniekcji z soli fizjologicznej). Stwierdziliśmy w modelach in vitro, że te drobniutkie płatki wpływały na transmisję sygnału z komórki do komórki, oddziałując na specjalne strefy zwane synapsami [...]. Co ciekawe, ich działanie było wybiórcze i dotyczyło synaps pobudzeniowych. Chcieliśmy sprawdzić, czy podobnie jest w żywym organizmie [...] - opowiadają Ballerini i Rossana Rauti. Okazało się, że tak. Wygląda na to, że po iniekcji s-GO są dobrze tolerowane przez organizm. Odpowiedź zapalna okazała się słabsza niż po podaniu roztworu soli fizjologicznej. To bardzo istotne dla ewentualnych zastosowań terapeutycznych. Specjalistki argumentują, że kluczem do sukcesu jest rozmiar zastosowanych s-GO. Ich średnica nie powinna być większa ani mniejsza niż 100-200 nm, bo za duże płatki nie mogłyby spenetrować synapsy, zaś małe zostałyby błyskawicznie "wymiecione". « powrót do artykułu

Podczas syntezy grafenu wykorzystuje się proces chemicznej redukcji tlenku grafenu (GO). Wymaga on wystawienia GO na działanie hydrazyny. Ten sposób produkcji ma jednak poważne wady, które czynią jego skalowanie bardzo trudnym. Opary hydrazyny są bowiem niezwykle toksyczne, zatem produkcja na skalę przemysłową byłaby niebezpieczna zarówno dla ludzi jak i dla środowiska naturalnego. Naukowcy z japońskiego Uniwersytetu Technologicznego Toyohashi zaprezentowali bezpieczne, przyjazne dla środowiska rozwiązanie problemu. Zainspirowały ich wcześniejsze badania wskazujące, że tlenek grafenu może działać na bakterie jak akceptor elektronów. Wskazuje to, że bakterie w procesie oddychania lub transportu elektronów mogą redukować GO. Japońscy uczeni wykorzystali mikroorganizmy żyjące na brzegach pobliskiej rzeki. Badania przeprowadzone przy wykorzystaniu zjawiska Ramana wykazały, że obecność bakterii rzeczywiście doprowadziła do zredukowania tlenku grafenu. Zdaniem Japończyków pozwala to na opracowanie taniej, bezpiecznej i łatwo skalowalnej przemysłowej metody produkcji grafenu o wysokiej jakości.

Wraz z rozwojem i upowszechnianiem się nowoczesnych materiałów, zwłaszcza nanomateriałów, narastają obawy związane z ich wpływem na środowisko naturalne. Trudno bowiem ocenić, jakie ewentualne szkody mogą poczynić takie materiały jak grafen, czy tlenek grafenu, które mają coraz więcej zastosowań, a zarazem coraz tańsza jest ich masowa produkcja. Wszystkie produkty przecież kiedyś trafią na wysypisko. Naukowcy z Uniwersytetu Rice'a opracowali doskonałą, naturalną metodę eliminacji tlenku grafenu (graphen oxide, GO). Co więcej, w przyszłości potencjalnie może stać się możliwe wykorzystanie jej do usuwania innych tlenków metali. Andreas Lüttge i Everett Salas proponują, żeby do neutralizacji GO wykorzystywać bakterie z rodzaju Shewanella (z rodziny Shewanellaceae). Naukowcy zajmowali się już oddziaływaniem bakterii na różne odmiany węgla, włączenie do badań tlenku grafenu wydawało się naturalne. Shewanella, powszechne wodne bakterie, posiadają unikatową zdolność rozkładania tego materiału i przerabiania go na nieszkodliwy dla środowiska minerał. Bakterie te występują naturalnie zarówno w morzach i oceanach, jak i wodach słodkich, środowisku błotnym, odnajdywane są nawet w kopalniach uranu i roponośnych odwiertach. Nie trzeba zatem kłopotać się ich rozpowszechnianiem, nie ma też obaw, że zakłócą gdzieś równowagę ekologiczną. Nie do końca jeszcze wiadomo, jaki mechanizm odpowiada za zdolność Shewanelli do redukowania tlenku grafenu. Bakterie z tego rodzaju wytworzyły wyjątkową umięjętność „oddychania" tlenkami metali, również w stanie stałym. Potrafią metabolizować nie tylko GO, ale także związki żelaza, chromu, uranu i arsenu - zamieniając je na przyjazne środowisku minerały. Wykorzystanie ich do eliminowania zanieczyszczeń za pomocą bioremediacji wydaje się mieć zatem bardzo szerokie perspektywy. Shewanella są, według określenia Salasa, organizmami wywróconymi „na nice", środkiem na zewnątrz. Procesy, jak oddychanie które w normalnych komórkach przebiegają wewnątrz, u tych bakterii odbywają się na powierzchni. To właśnie ta szczególna cecha pozwala im metabolizować tlenki metali czy tlenek grafenu. Z tej ich właściwości zdano sobie sprawę zaledwie kilka miesięcy temu, nie jest zatem jeszcze prawie wcale zbadana. Mimo, że to jeszcze w znacznym stopniu nieznany teren, laboratorium Andreasa Lüttge pracuje nad jeszcze innymi zastosowaniami tych niezwykłych bakterii. We współpracy z Biurem Badań Naukowych Sił Powietrznych USA (Air Force Office of Scientific Research) oraz jego Inicjatywą Interdyscyplinarych Badań Uniwersyteckich (Multidisciplinary University Research Initiative, MURI) badane są interakcje pomiędzy Shewanellami a grafitowymi elektrodami i potencjalne możliwości stworzenia „bakteryjnych" ogniw zasilających.

Tlenek grafenu to materiał mający potencjalnie równie szerokie zastosowania, jak sam grafen. Niestety, do tej pory jego produkcja była kosztowna i bardzo szkodliwa dla środowiska. Obie te wady usuwa komercyjna technologia opracowana na amerykańskim Uniwersytecie Rice'a. W przeciwieństwie do grafenu jego tlenek jest izolatorem, ale może być łatwo przekształcony w przewodnik lub półprzewodnik. Można z niego wytwarzać bardzo wytrzymały materiał zastępujący papier, polimery, stopy metali, ceramikę, cienkie błony dla przemysłu elektronicznego. Jako dobrze rozpuszczalny w wodzie posiada też inne zastosowania, na przykład do produkcji polimerów, nośników lekarstw, magazynowania wodoru, odzyskiwania ropy i gazu. Tlenek grafenu znano już w XIX wieku, ale do niedawna jego masowa produkcja była utrudniona i wymagała użycia substancji wysoce toksycznych lub wybuchowych. Wykorzystywano do tego chloran potasu lub azotan sodu - obie substancje powodowały powstawanie dużych ilości trujących gazów, jeden z nich, dwutlenek chloru jest ponadto materiałem wybuchowym. Ze względu na ryzyko producenci niechętnie sięgają po technologie łączące się z takim niebezpieczeństwem. Chemicy z Uniwersytetu Rice'a pod kierunkiem Jamesa Toura opracowali nową metodę, pozbawioną tych trudności. Proces ten podobny jest do istniejącego już „rozcinania" wielościennych nanorurek z grafenu. Drobne, cienkie płatki grafitu poddawane są działaniu nadmanganianu potasu, kwasu siarkowego i kwasu fosforowego, chemikaliów powszechnie dostępnych i niedrogich. Nowa technologia pozwala na masową produkcję tlenku grafenu i jest wysoce konkurencyjna wobec dotychczasowych metod. Jest ponadto bezpieczna i nieszkodliwa dla środowiska. Badania prowadzono we współpracy z firmą M-I SWACO, producentem płuczki wiertniczej, która chce wykorzystać tlenek grafenu do powiększenia produktywności odwiertów.

Naukowcy opracowali nowy materiał o właściwościach antybakteryjnych. Wykorzystali w nim cieniutkie arkusze tlenku grafenu i już teraz mówią o rewolucji w dziedzinie septycznych bandaży, opakowań utrzymujących świeżość pokarmów oraz antyzapachowych wkładek do butów. Qing Huang i Chunhai Fan z Szanghajskiego Instytutu Fizyki Stosowanej podkreślają, że po odkryciu grafenu w 2004 r. rozpoczął się wyścig, którego celem jest rozpoznanie właściwości nowej odmiany alotropowej węgla oraz znalezienie dla niej niszy komercyjno-przemysłowej. Tym sposobem grafen trafił już do ogniw słonecznych, chipów i czujników. Chiński zespół postanowił zaś sprawdzić, jak wpływa on na żywe komórki. Gdy próbowano hodować na arkuszach tlenku grafenu bakterie i ludzkie komórki, okazało się, że te pierwsze nie były w stanie urosnąć i namnażać się w takich warunkach, podczas gdy w przypadku tych drugich pojawiły się jedynie niewielkie efekty uboczne. Biorąc pod uwagę genialne właściwości antybakteryjne tlenku grafenu i fakt, że można go łatwo produkować na dużą skalę i przetwarzać, by uzyskać niskim kosztem elastyczny "papier", oczekujemy wielu zastosowań nowego nanomateriału węgla [...].