El grafeno es un verdadero prodigio de la ciencia de materiales. En esta forma de carbono, los átomos se organizan en capas bidimensionales. Esto otorga al grafeno propiedades ventajosas: es conductivo eléctrico, casi transparente y posee una alta resistencia a la tracción. Desde su primera síntesis en 2004, el material ha sido investigado intensamente, incluso en Empa. Sus impactos en las personas y el medioambiente fueron minuciosamente estudiados en un proyecto de la EU llamado "Graphene Flagship" con la participación de Empa.
Ahora, los investigadores de Empa dan un paso más y aplican el principio «Safe and Sustainable by Design» (SSbD) al novedoso material. «El grafeno es un buen ejemplo porque ya hay muchos estudios y datos sobre él», explica Peter Wick, quien dirige el laboratorio «Nanomaterials in Health» de Empa. «Nosotros también hemos trabajado durante diez años con este material 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 eran temas centrales en el proyecto Flagship. Lo nuevo es la integración de estos temas en el «marco SSbD» que pretende permitir innovaciones sostenibles y seguras a la industria.
Por lo tanto, los investigadores de Empa no solo buscaban determinar si el grafeno en sí es seguro y sostenible. «Queríamos aprovechar la buena cantidad de datos disponibles para probar la aplicación del marco SSbD y averiguar dónde y cómo se puede seguir desarrollando y simplificando», explica la investigadora de Empa Fiorella Pitaro del departamento «Technologie und Gesellschaft».
Un nombre, muchos materiales
La tarea es compleja: A través de la intensa investigación y desarrollo de las últimas dos décadas ha surgido toda una gama de productos relacionados al grafeno puro, llamados materiales similares al grafeno. Hay grafeno puro, pero también óxido de grafeno, óxido de grafeno reducido, «Few-Layer- Graphene», que consta de varias capas, y muchos más. Incluso estos términos no siempre son claros 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 de cada una de estas subclases de materiales y hacer afirmaciones sobre cómo el potencial de daño de una variante particular se relaciona con su estructura», explica Wick. «Dado que a menudo tienen funciones similares, en el mejor de los casos se puede usar la forma más segura de grafeno para cada aplicación.»
También la forma en que el material entra en el cuerpo humano es crucial para determinar 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 el riesgo para los humanos de manera confiable, necesitamos conocer el uso del material», dice Wick. Porque la aplicación determina si, cómo y en qué cantidades ocurre la exposición.
Accesible y confiable
«Las herramientas y modelos que pueden utilizarse para las evaluaciones en el marco SSbD fueron principalmente desarrollados para químicos», dice Fiorella Pitaro. En los químicos, especialmente la estructura molecular determina las propiedades, pero en los materiales entran en juego muchos más factores: la naturaleza de la superficie, la forma y el tamaño de las partículas, el tipo de procesamiento y mucho más. Otro objetivo de los investigadores de Empa es, por lo tanto, continuar desarrollando las herramientas SSbD existentes para que también puedan aplicarse a materiales.
El objetivo de SSbD es promover innovaciones sostenibles y seguras. «Para que la industria, especialmente las PYMEs, puedan aplicarlo, el marco debe volverse aún más accesible y simple», dice Peter Wick. Las afirmaciones que hace sobre la seguridad y sostenibilidad de los materiales y productos químicos examinados deben ser lo más fiables posible. Para reunir estos requisitos contradictorios, se necesita más investigación, algo que los equipos de Empa están impulsando en diferentes proyectos.
En lo que respecta 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 actualmente. Sin embargo, eso no es un pase libre para liberarlo indiscriminadamente en el medio ambiente, advierten. «Aún no sabemos todo», dice el investigador de Empa Wick.