El grafeno es una verdadera maravilla de la ciencia de los materiales. En esta forma de carbono, los átomos se organizan en capas bidimensionales. Esto le confiere al grafeno propiedades ventajosas: es eléctricamente conductor, casi transparente y tiene una alta resistencia a la tracción. Desde su primera síntesis en 2004, el material ha sido objeto de intensa investigación, también en Empa. Sus efectos en las personas y el medio ambiente se investigaron a fondo en un proyecto europeo 'Graphene Flagship' con la participación de Empa.
Ahora, los investigadores de Empa dan un paso más y aplican el principio de «Seguro y Sostenible por Diseño» (SSbD) al material innovador. "El grafeno es un buen ejemplo porque ya existen muchos estudios y datos sobre él", explica Peter Wick, quien dirige el laboratorio de Empa 'Nanomaterials in Health'. "Nosotros también hemos trabajado con este material durante diez años dentro del marco del 'Graphene Flagship'."
Las ideas fundamentales detrás del concepto SSbD no son nuevas, continúa el investigador: La seguridad y sostenibilidad del grafeno ya fueron temas centrales en el proyecto insignia. Lo novedoso es la integración de estos temas en el 'marco SSbD', que pretende permitir innovaciones seguras y sostenibles para la industria.
En consecuencia, los investigadores de Empa no solo buscaban determinar si el grafeno es en sí seguro y sostenible. "Queríamos utilizar los buenos datos disponibles para probar la aplicación del marco SSbD y descubrir dónde y cómo se puede seguir desarrollando y simplificando", explica la investigadora de Empa Fiorella Pitaro del departamento 'Tecnología y Sociedad'.
Un nombre, muchos materiales
La tarea es compleja: A través de la intensa investigación y desarrollo de las últimas dos décadas, a partir del grafeno puro, se añadió toda una gama de productos relacionados, conocidos como materiales similares al grafeno. Existe grafeno puro, pero también óxido de grafeno, óxido de grafeno reducido, 'Grafeno de Pocas Capas', que consta de varias capas, y muchos más. Incluso estos términos no siempre son inequívocos y pueden referirse a varios materiales ligeramente diferentes.
Esta diversidad es un desafío, pero también una ventaja para la aplicación de SSbD. "Podemos comparar los datos para cada una de estas subclases de materiales y hacer afirmaciones sobre cómo el potencial de daño de una variante específica se relaciona con su estructura", explica Wick. "Dado que a menudo tienen funcionalidades similares, idealmente se podría usar la forma más segura de grafeno para cada aplicación."
El modo en que el material llega al cuerpo humano también es determinante para las afirmaciones sobre su seguridad: ¿Se inhala o se inyecta directamente en el torrente sanguíneo como parte de un medicamento? ¿Llega a nuestro tracto digestivo a través de la cadena alimentaria, o se aplica sobre la piel? "Para poder evaluar confiablemente el riesgo para las personas, debemos conocer la aplicación del material", dice Wick. Porque la aplicación determina si, cómo y en qué cantidades ocurre la exposición.
Accesible y confiable
"Las herramientas y modelos utilizados para las evaluaciones en el marco SSbD se desarrollaron principalmente para productos químicos", dice Fiorella Pitaro. Mientras que en los productos químicos principalmente la estructura molecular determina las propiedades, en los materiales entran en juego muchos más factores: la textura de la superficie, la forma y tamaño de las partículas, el tipo de procesamiento y mucho más. Un objetivo adicional de los investigadores de Empa es, por tanto, seguir desarrollando las herramientas SSbD existentes para que también puedan aplicarse a materiales.
El objetivo de SSbD es fomentar innovaciones seguras y sostenibles. "Para que la industria, especialmente las pymes, puedan aplicarlo, el marco debe ser aún más accesible y sencillo", dice Peter Wick. Las afirmaciones que hace sobre la seguridad y sostenibilidad de los materiales y productos químicos investigados deberían seguir siendo lo más confiables posible. Para abordar estos requisitos contradictorios, se necesita más investigación, algo que los equipos de Empa están avanzando en diferentes proyectos.
En cuanto a la seguridad y sostenibilidad del grafeno, los expertos son cautelosamente optimistas. En muchas áreas y aplicaciones, el material parece ser más seguro y sostenible que las alternativas basadas en carbono utilizadas hoy. Sin embargo, eso no es un pase libre para liberarlo sin restricciones en el medio ambiente, advierten. "Todavía no sabemos todo", dice el investigador de Empa Wick.
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