這幾乎是不可避免的,任何一種新材料的發現和發明往往因有限的測試或該領域研究人員的安全提醒,而滋生眾多謠言。因此,具有高強度、幾乎零厚度、光學、電學及光電性能優異的神奇材料石墨烯同樣受到了嚴格的審查。一旦涉及到納米概念,石墨烯的安全問題也就自然而然的被提了出來。
2004年英國曼徹斯特大學的Andre Geim和KonstantinNovoselov發現可以僅使用膠帶、玻璃片和鉛筆就可以撕下石墨烯以來,有關石墨烯的研究就成了焦點。這種材料是碳的獨立的原子單層結構,其碳排列類似于石墨的六邊形圖案,就像是雞籠柵欄。石墨烯透明、柔性、強度高,已被用于制作快速晶體管。
但是,石墨烯的特殊本質可能會引起關注:薄且質輕,但眾所周知致密且難以治療的顆粒對我們的健康具有令人擔憂的不利影響,尤其是呼吸了這種顆粒。負面新聞報道中經常提及到石棉肺及其引起的惡性間皮瘤、或者暴露于硅塵引起的硅塵病和煤塵引起的塵肺病。
當然,我們必須謹慎對待新型材料的釋放,特別是那些原子和分子性質不太明顯,但體相性質迥然不同的納米材料。在這個規模上,可能出現的基于體相或分子性質現象或許無法預測。
Ken Donaldson是愛丁堡大學的一名呼吸毒理學專家,他和同事首先對石墨烯,至少是這種材料的納米片提出了警告。無法想象如此微小的碳片材會在肺里轉移到多深,類似與石棉纖維和煤塵。一旦發生,幾乎沒有移除或降解這種惰性顆粒的機制,它們將可能駐留在這些敏感的組織當中,引發慢性炎癥或干擾正常細胞功能。
按照Donaldson的說法,石墨烯配方分析片的問題在于雖然供應商對其標記的尺寸有幾十微米,但這些片材好像要遠小得多。通常我們的身體可以有效的過濾顆粒,但這些顆粒以這種方式運行,使得他們可以滑過過濾器,一旦進入體內對于白細胞而言這又太大了而無法吞噬。
Donaldson等人在美國化學學會旗下《ACSNano》期刊上發表論文,采用了一種咽部吸氣模型來證明石墨烯納米片確實是“可吸入的,并因此可能隨吸入物沉積在纖毛呼吸道”。體外試驗也表明,這些顆粒引發肺部炎癥,且能在胸腔發現這些顆粒。有趣的是,免疫反應沒看到這些納米顆粒狀的炭黑。
2011年初,Sanchez等人發表了關于石墨烯毒性研究的綜述性文章。他們認為:“這類材料的層數、橫向尺寸、剛度、疏水性、表面功能化、劑量的不同都會影響其生物反應。”他們還指出,石墨烯可能在靶細胞中產生活性氧,或干擾脂類膜,因為其具有極高的疏水性表面。
此外,他們認為與石棉和煤塵或其他光滑、連續、可進入人體的生物持久性顆粒一樣,石墨烯有可能會促發腫瘤生長。同時,該團隊還強調:“完整的材料表征和機理性毒理學研究是石墨烯材料安全設計和生產必不可少的,以最小的環境健康和安全風險優化生物應用。” Donaldson的研究為我們做這樣的表征提供了更進一步的方法。Edinburgh課題組總結說:“我們的數據表明,納米片提出了新型的納米危險以及納米顆粒毒理學的結構-毒性關系。”
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芝加哥大學風險科學中心(Risk Science Center at the University ofMichigan)主任Andrew Maynard并不完全相信這是一個問題。“Donaldson的研究確實證明了石墨烯納米片一旦被吸入肺部,或滲透到肺周圍區域可能引起的健康風險。但這是一個假設。”他這樣告訴《材料今日》(Materials Today)。咽部吸入顆粒物——或片層物質——到充滿液滴的肺部,液滴決定這些材料沉積在何處。“早期的實驗假設材料進入肺部,再看可能會發生什么。”Maynard補充說,“但沒有提供暴露發生的合理性信息。”我們還不知道使用過程中石墨烯片是否會在空氣中傳播且以危險方式吸入。“有關健康風險的問題雖然很重要,但仍然只是揣測性的。”Maynard如是說。