Mentre l’hardware, il software e una varietà di meccanismi di progettazione sono fondamentali per la stampa 3D, la scienza dei materiali è al centro di questa tecnologia progressiva, che continua ad infiltrarsi nel mainstream oggi. La stampa 3D con metallo e fibra di carbonio è particolarmente popolare ora, ed è diventata più accessibile e accessibile a tutti, mentre inizialmente era ristretta a società industriali con maggiori risorse finanziarie e capacità di ricerca. Il grafene, a volte indicato come un “semi-metallo” è stato pubblicizzato come un materiale pieno di capacità miracolose grazie al suo peso ultra-leggero e alla sua incredibile forza, superando di gran lunga quello di un diamante o addirittura di un acciaio. Potrebbe anche questo materiale diventare più mainstream? Se è così, sarebbe una buona cosa?
Ora, due ricercatori dell’India hanno pubblicato risultati in ” Comprehensive Application of Graphene: Enfasi sui problemi biomedici “, esplorando l’uso del grafene nella stampa 3D e il potenziale di tossicità dopo l’esposizione alle cellule. Una delle qualità uniche del grafene è che è una struttura 2D incredibilmente forte, rigida e dotata di qualità eccitanti come la conduttività. Ci sono preoccupazioni per quanto riguarda la sua sicurezza quando utilizzato in applicazioni biomediche come la creazione di impalcature per incoraggiare la crescita delle cellule vive o l’uso nella somministrazione di farmaci, bioimaging e persino biosensori.
La sintesi di questo materiale unico avviene attraverso il metodo top-down o bottom-up, rispettivamente usando ablazione chimica, ossidazione elettrochimica o trattamento al plasma o costruendo verso l’alto con considerevoli fogli di grafene. E come gli scienziati di questa recente revisione sottolineano, l’ossido di grafene (GO) è considerato più flessibile per l’uso biomedico, insieme a RGO, che è una forma meno ossidata, con entrambi che consentono una migliore solubilità in acqua.
“La preparazione di dispersioni stabili di grafene rimane un problema irrisolto a causa della sua natura idrofobica”, affermano i ricercatori. “Questo può essere ottenuto sonicando la sospensione di grafene per diverse ore e anche usando tensioattivi o polimeri”.
I ricercatori nel corso del tempo hanno esplorato con una varietà di solventi, ma ancora una volta questo eleva il potenziale di tossicità, motivo per cui ora c’è una tendenza verso modi più ecologici e puri di creare fogli di grafene di qualità, come quelli che impiegano tecniche di miscelazione ad alta velocità e senza la necessità di sostanze chimiche che potrebbero essere tossiche. Studi continui sono importanti in quest’area a causa dell’incredibile potenziale del grafene nelle applicazioni biomediche, che si applicano nuovamente al rilascio di farmaci, includendo geni e proteine, insieme a substrati di grafene come biosensori, agenti antimicrobici e ingegneria tissutale.
“Le travolgenti proprietà di GO che supportano il suo uso clinico sono l’anfifilicità, la funzionalità superficiale, la capacità di estinzione della fluorescenza e la proprietà di dispersione del Raman potenziata in superficie. La natura idrofobica, l’ampia area superficiale, le increspature ei bordi dei grani su siti difettosi di grafene sono fattori importanti quando li considerano per uso biomedico “, afferma il team di ricerca.
Insieme a questo studio / revisione, gli scienziati hanno anche realizzato che la stampa 3D e il grafene sono estremamente adatti l’uno all’altro in modo complementare, con il grafene che lavora anche per migliorare i materiali polimerici (specialmente nelle applicazioni biomediche) così spesso utilizzati all’interno di questa tecnologia in continua evoluzione :
“… con l’aiuto della stampa 3D, è possibile sintonizzare una serie di biomateriali per ottenere proprietà desiderabili e funzionalità multiple per applicazioni di ingegneria tissutale complesse e per fabbricare costrutti compatibili con la chirurgia.”
Sintesi di grafene
C’è ancora grande preoccupazione su come il grafene si mescolerà con le strutture biologiche, tuttavia, ei ricercatori hanno elencato numerosi fattori che potrebbero essere influenti per quanto riguarda l’interazione, per includere:
Dimensione e forma delle cellule
Dimensione laterale
Chimica di superficie
Le impurità
Agglomerazione
“L’interazione fisica tra grafene e una membrana cellulare è considerata il principale meccanismo di tossicità indotta da grafene”, affermano i ricercatori. “I bordi affilati di un foglio di grafene causano danni sulla membrana cellulare, con conseguente perdita del contenuto intracellulare. Inoltre, è noto che sia GO che RGO inducono citotossicità, stress ossidativo e danni al DNA nelle cellule di mammifero. “
Mentre i ricercatori vedono un futuro brillante per l’uso del grafene in molte applicazioni diverse, per includere quella del settore biomedico, ci sono ancora ovvi ostacoli da superare riguardo alla tossicità per gli esseri umani che scienziati e medici stanno cercando di aiutare .
“Il grafene è incluso nell’elenco dei materiali pericolosi dal Comitato scientifico europeo sui rischi sanitari emergenti e recentemente identificati. Ci sono ancora molte lacune da colmare, considerando il potenziale tossico del grafene. Nel valutare la tossicità, dovrebbero essere presi in considerazione tutti i parametri fisico-chimici compresi la dimensione, la forma, l’agglomerazione, lo spessore dello strato, la dimensione laterale e la composizione atomica. Da una prospettiva biologica, l’effetto della concentrazione, della durata, della via di esposizione e della presenza di impurità dovrebbe essere accuratamente studiato “, hanno affermato gli autori.
“In conclusione, il grafene promette un’emozionante nanostruttura per applicazioni biomediche, tuttavia ci sono molte domande che devono essere affrontate. Si raccomanda che i derivati del grafene debbano essere sottoposti a estese valutazioni di sicurezza o convalide prima di considerarli sicuri per applicazioni biomediche o per uso clinico. “
