Grafen może niebawem zrewolucjonizować medycynę. Naukowcy z Uniwersytetu w Manchesterze prowadzą właśnie badania nad oddziaływaniem tego innowacyjnego materiału na ludzki organizm. Ich efekt może zmienić nasze życie.

Sprawdzenie czy grafen może mieć szkodliwy wpływ na ludzkie organy jest pierwszym krokiem do znacznie bardziej ambitnego celu. Kierujący badaniami Kostas Kostarelos z Uniwersytetu w Manchesterze chce wykorzystać grafen do skonstruowania mikrodronów, które będą transportować lekarstwa wewnątrz organizmu. Pomysł ten przypomina scenariusz thrillera scince fiction z 1966 roku “Fantastyczna podróż”, który opowiada o podróży zminiaturyzowanego okrętu podwodnego do wnętrza ludzkiego ciała.

“Chcemy zaprojektować drony, które można wstrzyknąć do krwiobiegu, gałki ocznej, rdzenia kręgowego czy mózgu, tak aby dostarczyły lek do konkretnej partii chorych komórek, nie powodując przy tym dodatkowych szkód” – mówi professor Kostarelos.

Reklama

O istnieniu grafenu wiadomo już od lat 80-tych, jednak po raz pierwszy udało się go wytworzyć dopiero w 2004 roku. Jest to materiał 200 razy bardziej wytrzymały niż stal, a elektryczność przewodzi 70 razy szybciej niż krzem. Dzięki takim właściwościom może zrewolucjonizować wiele obszarów naszego życia i gałęzi gospodarki – od medycyny, po przemysł kosmiczny.

Koncerny takie jak Samsung czy IBM złożyły już setki wniosków patentowych związanych z wykorzystywaniem niespotykanych cech grafenu. Pierwszym zastosowaniem grafenu na szeroką skalę będzie wykorzystanie go do produkcji elastycznych ekranów dotykowych w smartfonach i tabletach. Grafen może też zastąpić krzem w produkcji mikroprocesorów. Dzięki temu będą jeszcze mniejsze, szybsze i nieporównywalnie bardziej energooszczędne. W styczniu tego roku IBM ogłosił, że wyprodukował na bazie grafenu zintegrowany układ scalony, który jest w stanie przesyłać informacje tekstowe.

Unia chce grafen dla siebie. Daje 1 miliard euro

Aby zabezpieczyć przyszłość badań nad grafenem, Unia Europejska ogłosiła specjalny 10-letni projekt badawczy o nazwie “Graphene Flagship” z imponującym budżetem sięgającym 1 mld euro. Po dekadach przyglądania się, jak Stany Zjednoczone i Azja zarabiają na osiągnięciach europejskich naukowców, Unia ma teraz nadzieję, że grafenowy fundusz stanie się katalizatorem komercyjnego wykorzystania efektów badań i zachęci młodych naukowców do zakładania własnych firm.

“Europa musi coś zrobić z innowacjami. Musimy stworzyć studentom odpowiednie warunki, a pracowników naukowych zachęcić do rozwijania kariery w innowacyjnych technologiach” – mówi Kostantin Novoselov, fizyk z Uniwersytetu w Manchesterze i laureate Nagrdy Nobla z 2010 roku za badania nad grafenem.

Już wiele innowacyjnych pomysłów, które pojawiły się w Europie, zostało przechwyconych i skomercjalizowanych gdzie indziej. Przykładem może być wynaleziony przez niemieckiego profesora Manfreda Roberta Schroedera format plików MP3 i sieć World Wide Web, która została zaprojektowana przez brytyjskiego naukowca Tima Berners-Lee.

>>> Czytaj też: Polski grafen dostanie 36 mln zł. Rośnie szansa na polski przełom technologiczny

23 lata od wynalezienia teflonu

W przeciwieństwie do poprzednich inicjatyw unijnych, w których indywidualne projekty walczyły o niewielkie granty, grafenowy fundusz ma łączyć setki zespołów naukowych, pomagać im współpracować i przekazywać ich najlepsze pomysły biznesowi.

“Spodziewamy się, że grafen stanie się w XXI wieku tym, czym w XX wieku była stal i metale” – mówi Thomas Skordas, szef grupy koordynującej program Graphene Flagship w Brukseli. “Już teraz możemy zobaczyć jego potencjał w wielu dziedzinach naukowych. On nie jest przereklamowany”.

Wprowadzenie na rynek urządzeń wyprodukowanych z grafenu może jednak zająć lata. W odróżnieniu od nowych programów czy aplikacji mobilnych, które można zacząć sprzedawać w ciągu kilku miesięcy od powstania, komercjalizacja produktów opartych na nowym materiale może trwać całe dekady. Znany dziś wszystkim Teflon zaczął być wykorzystywany do produkcji patelni dopiero 23 lata po jego wynalezieniu.

>>> Czytaj też: Zastosowanie grafenu w praktyce: zobacz, jak nowy materiał może zmienić świat

Grafenowe drony z własnym napędem

Uniwersytet w Manchesterze otrzymał z Unii 2,1 mln euro na pięć projektów naukowych. Wśród nich znalazły się badania Kostarelosa. W ramach pierwszej rundy finansowania badań wpływu grafenu na zdrowie człowieka, naukowiec otrzymał 530 tys. dol. wsparcia.

W laboratorium Kostarelosa naukowcy sprawdzają teraz, jak zachowują się komórki nerek w kontakcie z płatkami grafenu, który oblepia jądra komórkowe, nadając im ciemno żółty odcień. Grafen, z którego mają być zbudowane maleńkie drony, może gromadzić się w nerkach, dlatego naukowcy muszą zrozumieć, w jaki sposób może on być przetwarzany przez organizm.
Grafenowe mikro drony mają być sterowane z zewnątrz. Grupa szwajcarskich naukowców z uniwersytetu ETH w Zurichu już pracuje nad specjalnym mechanizmem napędowym dla medycznych dronów. Na razie Kostarelos eksperymentuje z różną grubością warstw grafenu. Chce pokonać kolejną przeszkodę – przenikanie przez ściany komórkowe. Już teraz wierzy, że znalazł odpowiedź na jedno z najważniejszych pytań.

“Jeśli uda ci się wynaleźć drona z własnym napędem i znajdzie się on obok komórki, do której chcesz wstrzyknąć środki lecznicze, jak to zrobisz? Czy grafen może przeniknąć przez błonę komórkową? Odpowiedź brzmi – tak” – mówi Kostarelos.

Artystyczna wizualizacja grafenu, atomy węgla ułozone w hesoidalną sieć. źródło: Jannik Meyer/University of Manchester via Bloomberg / Bloomberg