Polska spółka Nano Carbon inwestuje w biomedyczne aplikacje grafenu spodziewając się polepszenia komfortu pacjenta oraz obniżenia ryzyka powikłań.

Czym jest grafen?

Pod względem fizykochemicznym grafen jest dwuwymiarową warstwą atomów węgla o grubości jednego atomu, o heksagonalnym ułożeniu atomów, w „plaster miodu”. Jest on przedstawiany często jako jednorodna sieć o dużych rozmiarach. W praktyce taka idealna struktura nie istnieje; możliwe jest jej wytworzenie w postaci niewielkich sąsiadujących ze sobą monowarstw .

Można powiedzieć bez ryzyka błędu, iż grafen kumuluje w sobie najszersze spośród znanych materiałów spektrum możliwych do wykorzystania właściwości. Właśnie ta „wielość w jednym” otwiera fascynujące perspektywy. Mówimy tutaj o niezwykle wysokiej wytrzymałości mechanicznej, elastyczności, b. dobrym przewodnictwie cieplnym i elektrycznym, transparentności w pełnym zakresie fal e-m, nieprzepuszczalności dla praktycznie wszystkich substancji, właściwościach biologicznych, zdolności sensorycznej, b. wysokiej ruchliwości elektronów czy hydrofobowości (odpychaniu cząsteczek wody). Oczywiście wszystkie te właściwości występują razem wyłącznie w teorii – tj. doskonałej monowarstwie węgla o grubości jednego atomu.

W praktyce grafen wytwarzany jest różnymi metodami. Dwie podstawowe to: osadzanie atomów węgla na metalach i podłożach krystalicznych oraz wieloetapowe rozłupywanie (eksfoliacja) grafitu do maksymalnie cienkich płatków. Pierwszy proces pozwala na wytworzenie jednoatomowych monowarstw grafenu o rozmiarach rzędu maksimum dziesiątek mikrometrów. W drugim powstają płatki nieco grubsze, złożone z kilku warstw atomowych, na których powierzchni związane są znaczne ilości atomów tlenu. Mówimy tutaj o tlenku grafenu (GO), który w kolejnych etapach podlega redukcji (usuwaniu tlenu) – powstaje zredukowany tlenek grafenu (rGO).

Nadzieje na nowe terapie

Rynek zastosowań medycznych grafenu budowany jest wokół jego właściwości bakteriostatycznych i bakteriobójczych, które w zastawieniu z wybranymi pozostałymi cechami otwierają niezwykle szerokie pole nowych możliwości. Warto wiedzieć, iż zastosowania biomedyczne dotyczą całej wcześniej przedstawionej rodziny grafenów.

Za antybakteryjność grafenu i tlenku grafenu odpowiadają dwa zjawiska: pierwsze to czysto mechaniczny efekt niszczenia błon komórkowych przez ostre krawędzie płatków Grafenu i GO. Drugie to destrukcyjne dla wielu szczepów bakteryjnych oddziaływanie tlenu wprowadzanego do wnętrza komórek na powierzchni GO.

Nano Carbon współpracuje w ramach Klastra Inżynierii Biomedycznej - uruchomionego na Wojskowej Akademii Technicznej - z Samodzielnym Publicznym Szpitalem Klinicznym im. Prof. Adama Grucy w Otwocku. Efektem tej współpracy jest projekt opracowania i wdrożenia technologii wytwarzania protez ortopedycznych nowej generacji wykorzystujących grafen. Takie protezy pokryte byłyby jednym z najtwardszych, najmniej ścierających w trakcie pracy protezy dostępnych materiałów, który jednocześnie wykazywałyby działanie bakteriobójcze na zakażenia powstające w stawach z wszczepionymi protezami Zakażenia te są dzisiaj jednymi z największych problemów współczesnej ortopedii. Ryzyka możliwych infekcji hamowane byłyby także poprzez właściwości barierowe grafenu, tj. skuteczne odizolowanie powłoką grafenową części metalowych protezy od tkanek pacjenta.

W ramach klastra podejmowane są też próby z aktywnymi biologicznie materiałami opatrunkowymi zawierającymi grafen i tlenek grafenu, które mogą być niezwykle przydane w warunkach ostrych i przewlekłych zakażonych stanów zapalnych, wszędzie tam, gdzie mamy do czynienia z zagrożeniem zdrowia i życia chorych.