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石墨烯产品性能检测

2015-12-31 作者: 浏览数:692

这几乎是不可避免的,任何一种新材料的发现和发明往往因有限的测试或该领域研究人员的安全提醒,而滋生众多谣言。因此,具有高强度、几乎零厚度、光学、电学及光电性能优异的神奇材料石墨烯同样受到了严格的审查。一旦涉及到纳米概念,石墨烯的安全问题也就自然而然的被提了出来。

 

2004年英国曼彻斯特大学的Andre GeimKonstantinNovoselov发现可以仅使用胶带、玻璃片和铅笔就可以撕下石墨烯以来,有关石墨烯的研究就成了焦点。这种材料是碳的独立的原子单层结构,其碳排列类似于石墨的六边形图案,就像是鸡笼栅栏。石墨烯透明、柔性、强度高,已被用于制作快速晶体管。

 

但是,石墨烯的特殊本质可能会引起关注:薄且质轻,但众所周知致密且难以治疗的颗粒对我们的健康具有令人担忧的不利影响,尤其是呼吸了这种颗粒。负面新闻报道中经常提及到石棉肺及其引起的恶性间皮瘤、或者暴露于硅尘引起的硅尘病和煤尘引起的尘肺病。

 

当然,我们必须谨慎对待新型材料的释放,特别是那些原子和分子性质不太明显,但体相性质迥然不同的纳米材料。在这个规模上,可能出现的基于体相或分子性质现象或许无法预测。

 

Ken Donaldson是爱丁堡大学的一名呼吸毒理学专家,他和同事首先对石墨烯,至少是这种材料的纳米片提出了警告。无法想象如此微小的碳片材会在肺里转移到多深,类似与石棉纤维和煤尘。一旦发生,几乎没有移除或降解这种惰性颗粒的机制,它们将可能驻留在这些敏感的组织当中,引发慢性炎症或干扰正常细胞功能。

 

按照Donaldson的说法,石墨烯配方分析片的问题在于虽然供应商对其标记的尺寸有几十微米,但这些片材好像要远小得多。通常我们的身体可以有效的过滤颗粒,但这些颗粒以这种方式运行,使得他们可以滑过过滤器,一旦进入体内对于白细胞而言这又太大了而无法吞噬。

 

Donaldson等人在美国化学学会旗下《ACSNano》期刊上发表论文,采用了一种咽部吸气模型来证明石墨烯纳米片确实是“可吸入的,并因此可能随吸入物沉积在纤毛呼吸道”。体外试验也表明,这些颗粒引发肺部炎症,且能在胸腔发现这些颗粒。有趣的是,免疫反应没看到这些纳米颗粒状的炭黑。

2011年初,Sanchez等人发表了关于石墨烯毒性研究的综述性文章。他们认为:“这类材料的层数、横向尺寸、刚度、疏水性、表面功能化、剂量的不同都会影响其生物反应。”他们还指出,石墨烯可能在靶细胞中产生活性氧,或干扰脂类膜,因为其具有极高的疏水性表面。

此外,他们认为与石棉和煤尘或其他光滑、连续、可进入人体的生物持久性颗粒一样,石墨烯有可能会促发肿瘤生长。同时,该团队还强调:“完整的材料表征和机理性毒理学研究是石墨烯材料安全设计和生产必不可少的,以最小的环境健康和安全风险优化生物应用。” Donaldson的研究为我们做这样的表征提供了更进一步的方法。Edinburgh课题组总结说:“我们的数据表明,纳米片提出了新型的纳米危险以及纳米颗粒毒理学的结构-毒性关系。”

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芝加哥大学风险科学中心(Risk Science Center at the University ofMichigan)主任Andrew Maynard并不完全相信这是一个问题。“Donaldson的研究确实证明了石墨烯纳米片一旦被吸入肺部,或渗透到肺周围区域可能引起的健康风险。但这是一个假设。”他这样告诉《材料今日》(Materials Today)。咽部吸入颗粒物——或片层物质——到充满液滴的肺部,液滴决定这些材料沉积在何处。“早期的实验假设材料进入肺部,再看可能会发生什么。”Maynard补充说,“但没有提供暴露发生的合理性信息。”我们还不知道使用过程中石墨烯片是否会在空气中传播且以危险方式吸入。“有关健康风险的问题虽然很重要,但仍然只是揣测性的。”Maynard如是说。

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