EDU.REGINAMARIA.RO

Mastile cu grafen: cat de inofensive sau riscante pot fi?

Articol de Cornelia Paraschiv Senior Medical Editor
Mastile_cu_grafen
Mastile de protectie au devenit un accesoriu obligatoriu in cursul pandemiei, nu numai in spatiile inchise, dar de multe ori, in aer liber. Cu totii am fost nevoiti sa filtram aerul pe care il respiram, ore in sir, prin tesatura formata dintr-unul, doua sau trei straturi din diverse materiale, care reuseau in mod variabil si in grade diferite sa ne asigure protectia impotriva acestor patogeni virulenti, de numai 100 de nanometri in diametru.

Pentru unii tolerabile, pentru multi inconfortabile, fara indoiala, mastile si-au dovedit utilitatea practica in aceasta perioada, fiind cea mai convenabila masura de a reduce, cat de cat, raspandirea virusului, in special in spatii aglomerate sau cand distantarea fizica nu era deloc posibila. Evident ca evolutiile paroxistice in valuri succesive ale pandemiei, in decurs de mai mult de doi ani, au aratat si limitarile mastilor de protectie curente, care nu au putut stavili, pana la urma, transmiterea bolii. 

SARS-CoV-2, coronavirusul care produce COVID-19, poate supravietui zile intregi pe suprafata exterioara a unei masti de fata, de aceea riscul de contaminare si imbolnavire creste semnificativ prin manevrarea neglijenta a acesteia, urmata de atingerea ulterioara a ochilor, nasului sau gurii. In plus, o mica parte a particulelor virale ar putea sa penetreze materialul mastii, ajungand sa infecteze in cele din urma organismul, mai ales cand mastile sunt purtate mai mult de 4 ore succesive, cum au fost multe situatii intalnite in practica.   

Insa oamenii de stiinta nu s-au lasat intimidati de periculozitatea acestui virus si au incercat noi solutii pentru limitarea sporita a riscului de transmitere a bolii, inovand noi materiale de protectie sau tratand tesaturile cu diverse substante virucide. 

Unul din aceste materiale care a fost utilizat pentru impregnarea echipamentelor de protectie personala a fost grafenul sau derivatul sau, oxidul de grafen. 

Canada avertiza 2021 cetatenii in privinta unor tipuri de masti de grafen

O substanta controversata in privinta efectelor potential nocive respiratorii, care a fost adusa pe agenda publica atunci cand autoritatile canadiene au retras de pe piata, la inceputul lunii aprilie 2021, mastile de grafen comercializate in Canada de patru producatori asiatici, pentru a analiza suplimentar profilul de siguranta si eficienta a acestora. Masura de interdictie a acestor masti a produs valva in toata lumea si cercetarile privind riscurile versus beneficiile nanomaterialelor de grafen s-au amplificat. Ca si teoriile conspirationiste.

Insa grafenul nu era chiar o noutate la acea data pentru oamenii de stiinta sau pentru medici. Era deja considerat „copilul minune” al stiintei secolului 21, datorita proprietatilor sale absolut seducatoare pentru cercetatori. 

Pe cat de subtire, pe atat de puternic, grafenul poate fi folosit la aproape orice, de la senzori eficienti si precisi, panouri solare, aeronave sau circuite electronice mai rapide si eficiente, pana la secventierea ADN-ului, livrarea de medicamente catre celulele tinta, vopsele anticorozive sau veste antiglont ultrarezistente. 

Ce este grafenul?

Grafenul a revenit  frecvent in cursul pandemiei in dezbaterile publice oficiale sau pe forumurile informale. Dar ce este, de fapt, acest compus care este elogiat si aplaudat in aceeasi masura in care este contestat in privinta unor efecte asupra sanatatii umane? 

Este, in principal, elementul de constructie al grafitului (care este folosit, printre altele, pentru minele de creion), dar grafenul este o substanta mult mai remarcabila, in sine, cu o multitudine de proprietati fascinante care il catalogheaza ca un material aproape mitic pentru multe industrii. 

Grafenul este cel mai subtire material cunoscut de om, are grosimea unui singur atom, fiind format din retele extinse de atomi de carbon inlantuiti in modele hexagonale de fagure, bidimensionale, ceea ce ii sporeste fabulos rezistenta. Practic, grafenul s-a dovedit de peste 100 de ori mai puternic decat otelul, fiind considerat la ora actuala un miracol absolut. Insa este mult mai versatil decat atat, are proprietati deosebite de elasticitate, este un bun conductor termic, de electricitate si are abilitati interesante de absorbtie a luminii si biocompatibilitate potentiala. 

Aplicatiile lui in aproape orice industrie l-au pozitionat in centrul interesului general, mai ales ca Premiul Nobel pentru fizica din 2010 le-a revenit lui Andre Geim si Konstantin Novoselov, care au izolat pentru prima data grafenul in 2004.

Industria sportului a optat pentru popularul nanomaterial in designul echipamentelor sportive cu tesaturi fluide, flexibile, rezistente si, in acelasi timp, respirabile. Studiile anterioare si cele din cursul pandemiei scoteau la iveala proprietatile incredibile ale nanomaterialelor de grafen de distrugere a bacteriilor dar si a virusurilor. Printre ele, se numara si coronavirusul. Acesta a fost motivul pentru care mastile de protectie COVID care contineau nanomateriale de grafen au parut un pas firesc pentru producatori, insa avizele autoritatilor sanitare vigilente au dus la reconsiderarea acestora, fiind considerate o alegere riscanta.

Cum actioneaza grafenul impotriva virusurilor si bacteriilor?

Exista trei moduri prin care grafenul poate ajuta la prevenirea raspandirii agentilor patogeni:

  • Particulele microscopice de grafen au margini ascutite care lezeaza mecanic virusurile si bacteriile pe masura ce acestea trec pe langa ele.
  • Grafenul este incarcat negativ cu electroni foarte mobili care atrag electrostatic si inactiveaza unii virusi si bacterii.
  • Grafenul determina bacteriile sa genereze radicali liberi de oxigen care le pot deteriora si le afecteaza metabolismul celular.

Mai mult de cateva companii au lansat textile, cerneluri si acoperiri imbunatatite cu grafen, incorporate in echipamentele de protectie personala (masti de fata, manusi etc.) si au fost dezvoltate aplicatii precum filtrele de aer si detergentii pentru incaperi pe baza de grafen.

A existat o anumita reutilizare a materialelor inteligente pentru a proiecta sisteme eficiente de combatere a COVID-19. 

Grafenul functionalizat a dovedit o buna capacitate de captare virala care, combinata cu tratamente mediate de caldura sau lumina, ar putea fi folosita ca dezinfectant.

Studiile privind proprietatile antibacteriene si antivirale ale grafenului au confirmat eficienta sa. Un exemplu este cercetarea unei echipe de la Universitatea City din Hong Kong care a anuntat productia de masti de grafen cu o eficienta anti-bacteriana raportata de 80%, care poate fi imbunatatita la aproape 100% consecutiv expunerii la lumina soarelui, timp de aproximativ 10 minute. Testele initiale au aratat ca grafenul a inactivat peste 90% din cele doua tulpini de coronavirus testate in decurs de cinci minute si aproape 100% in 10 minute, sub lumina soarelui. 

Un alt studiu provine de la un consortiu de oameni de stiinta si companii spaniole, la care a participat Universitatea din Granada (UGR). Ei au dezvoltat noi masti profilactice eficiente pentru combaterea coronavirusului responsabil de COVID-19. Aceste masti au fost realizate din materiale textile netesute special modificate cu grafen si materiale derivate.

„Intentia noastra este sa incorporam materiale bidimensionale, cum ar fi grafenul si/sau derivatii acestuia, cum ar fi oxidul de grafen, care ar genera o bariera antivirala eficienta specific in cazul SARS-CoV-2”, au explicat autorii proiectului.

Rezultatele multiplelor studii, nu numai ca au entuziasmat cercetatorii si publicul, care isi dorea sa fie mai protejat de aceste coronavirusuri imprevizibile, dar ele au condus la initierea productiei de masti cu continut de grafen de catre numeroase companii si la comercializarea lor la nivel global. In unele situatii, patrunderea lor pe piata nu a fost insotita de campanii de informare sau de promovare explicite, simpla capacitate de ucidere a coronavirusurilor a fost motivul principal pentru care au fost achizitionate de public, iar starea de alerta in multe tari a permis aprobarea temporara in regim de urgenta a unor echipamente care poate ar fi necesitat un proces mai elaborat de autorizare, in alte conditii.  

De ce au trezit circumspectie mastile tratate cu grafen?

Cu toate aceste efecte virucide demonstrate ale grafenului si oxidului de grafen privind distrugerea coronavirusurilor si altor agenti patogeni, Health Canada a emis in aprilie 2021, o decizie de retragere de pe piata pentru mastile cu grafen. Decizia a surprins, in contextul in care era prima tara care se dovedea atat de vigilenta privind potentialele riscuri pentru populatie ale acestor masti impregnate cu cerneluri de grafen sau oxid de grafen. 

Desi proprietatile antivirale si antibacteriene ale materialelor pot parea ideale pentru masti, riscurile lor ar putea depasi beneficiile, au concluzionat oficialitatile din Quebec la acel moment, mai ales ca mastile erau purtate intensiv, inclusiv in gradinite sau scoli, de catre copii. De aceea, au solicitat o perioada de ragaz pentru a reanaliza datele disponibile si studiile existente privind potentiale efecte adverse.

Cercetarile timpurii asupra acestor masti de fata care au incorporate in structura lor nanomateriale de grafen au indicat un factor de risc semnificativ pentru toxicitatea pulmonara. Purtate pe gura si pe nas, exista un risc mare de a inhala particule de grafen care pot afecta plamanii si sanatatea respiratorie. 

Cercetatorii au studiat potentialele efecte negative ale inhalarii grafenului microscopic asupra mamiferelor. 

Intr-un experiment din 2016, soarecii carora li s-a plasat grafen in plamani au suferit leziuni localizate ale tesutului pulmonar, inflamatie, formare de granuloame si leziuni pulmonare persistente, similare cu afectarile identificate la persoanele care inhaleaza azbest. Un studiu diferit din 2013 a constatat ca atunci cand celulele umane au fost legate de grafen, acestea au suferit deteriorari.

Totusi, intre cele doua substante, azbestul si grafenul, exista o diferenta majora in privinta modului de eliminare din plamani. Sistemul imun al organismului nu poate elimina azbestul, motiv pentru care expunerea pe termen lung la azbest poate duce la mezoteliom canceros. Dar, in studiile care utilizeaza modele de soarece pentru a masura impactul expunerii pulmonare la doze mari la grafen, sistemul imun al organismului indeparteaza grafenul, desi intr-un ritm foarte lent, in 30 pana la 90 de zile.

Un numar vast de studii a confirmat ca biotoxicitatea nanomaterialelor de grafen depinde de proprietatile fizico-chimice individuale (inclusiv dimensiunea, morfologia si grupele functionale), concentratia, calea de ingestie biologica si organele implicate. 

Posibilele efecte ale compusilor de grafen in organism

Cu toate ca studiile ofera indicii ca expunerea de scurta durata si anumite caracteristici ale nanomaterialelor de grafen si derivati, par sa nu influenteze major sanatatea organismului, nu se stie cu certitudine ce efecte ar avea expunerea prelungita pe durata indelungata, mai mult de 6-8 ore pe zi, cum a fost cazul la angajati sau elevi, in cursul acestei pandemii. In plus, sunt necesare studii care sa standardizeze compozitia mastilor care contin grafen si sa stabileasca mai clar beneficiile versus riscuri, comparativ cu mastile chirurgicale sau FFP2/3 clasice.

Un comunicat dat publicitatii de catre AFP si preluat de Agerpres, in octombrie 2021, sustinea ca grafenul a alimentat teoriile conspirationiste privind vaccinurile sau mastile, insa, concomitent, cita opinia unui nanotehnolog reputat spaniol care recunoastea ca grafenul si oxidul de grafen fac obiectul unor cercetari in scopuri biomedicale, insa „este vorba despre studii-model aflate in faze incipiente ale stiintei fundamentale, care sunt inca departe de eventuale aplicatii”, a explicat Marcelo Mariscal. 

Pentru moment, multi medici recomanda evitarea mastilor care contin grafen. De asemenea, daca ati purtat masti de fata cu grafen si prezentati semne de toxicitate pulmonara sau alte probleme de sanatate, contactati un medic. Multe simptome de toxicitate pulmonara pot sa semene indeaproape cu cele de la COVID:

  • Oboseala
  • Dificultati de respiratie 
  • Tuse seaca

Cum sa identifici mastile cu grafen

Mastile de grafen au facut ca materialul sa fie atractiv pentru multi producatori si cumparatori. Proprietatile antivirale, respirabilitatea, posibilitatea reutilizarii unora dintre ele au constituit avantaje de promovare si vanzare. 

Ar fi util sa analizati ambalajul si/sau etichetarea mastii in sine care ar putea contine indicii despre continutul in grafen sau derivati ai acestuia.

Alternative pentru masti respirabile COVID-19

Desigur, optiunea pentru o masca de protectie care sa contina o pelicula de grafen este individuala si, desi „Health Canada” a revenit dupa cateva luni, anuntand ca permite reluarea comercializarii mastilor cu nanoparticule de grafen, retrase temporar, intrucat un studiu a indicat ca riscurile pentru sanatate ar fi  minime, „particulele de grafen (…) nefiind eliberate de aceste masti in cantitati susceptibile sa provoace efecte nefaste pentru plamani”, in  final a avertizat in privinta patrunderii pe piata a unor modele de masti nestandardizate, neevaluate sau neavizate. 

Pe de alta parte, nu a fost precizata limita de particule inhalate la care mastile ar putea prezenta un risc pentru sanatatea plamanilor sau eventualele contraindicatii si precautii pentru utilizarea lor. Dar, cu siguranta, aceasta nanotehnologie promite sa aduca noi solutii pentru anihilarea virusurilor sau bacteriilor potential patogene, cu conditia ca efectele potentiale citotoxice sau inflamatorii sa fie minimizate.

Renuntarea la mastile COVID-19 care contin grafen nu inseamna ca trebuie sa cedezi proprietatilor de protectie si respirabilitate. Opteaza pentru masti chirurgicale sau medicale (ffp2 sau ffp3) care contin insertii care sporesc confortul, schimba forma mastii si cresc fluxul de aer. In plus, nu iti aburesc ochelarii.

Si nu uita de exercitiile zilnice fizice si de respiratie profunda, care ventileaza corespunzator plamanii, cresc oxigenarea tesuturilor si a spatiilor pulmonare periferice si confera o capacitate sporita organismului de lupta impotriva virusurilor si bacteriilor. O alimentatie adecvata, somn, expunerea la soare si evitarea stresului te ajuta suplimentar.

Surse de informatie:

https://recalls-rappels.canada.ca
https://theconversation.com
https://www.graphene-info.com
https://www.sciencedirect.com
www.agerpres.ro
https://pubs.rsc.org/en
https://www.sciencedaily.com
Zhang L, Ouyang S, Zhang H, et al. Graphene oxide induces dose-dependent lung injury in rats by regulating autophagy. Exp Ther Med. 2021;21(5):462. doi:10.3892/etm.2021.9893
Ayesha Hashmi et al. Potentialities of graphene and its allied derivatives to combat against SARS-CoV-2 infection, Materials Today Advances,Volume 13,2022,100208,ISSN 2590-0498, https://doi.org/10.1016/j.mtadv.2022.100208.