Grafen, genellikle “süper malzeme” veya “harika malzeme” olarak adlandırılan iki boyutlu (2D) bir karbon nanomalzemedir. Grafen, eşsiz özellikleri nedeniyle bilim ve teknolojinin birçok dalında uygulanmaktadır, bu da sağlık risklerini anlamayı kullanımının kritik bir yönü haline getirmektedir. Grafen, petek benzeri bir oryantasyonda düzenlenmiş, tek bir atom kalınlığında bir karbon allotropudur. Bugüne kadar geliştirilen karbon nanomalzemelerin çoğu grafene dayalıdır. Grafenin temel avantajlı özelliklerinden bazıları, birçok endüstride kullanılan karbon nanotüpler (CNT’ler) gibi çeşitli yapılar oluşturmak için istiflenebilmesi, yuvarlanabilmesi veya sarılabilmesidir.
Grafen, nanoelektronik, gelişmiş enerji depolama sistemlerine sahip enerji teknolojisi, tıbbi araçlar (örneğin, antibakteriyel maddeler) ve kompozit malzemelerin ve sensörlerin geliştirilmesi dahil olmak üzere birçok yenilikçi uygulamada kullanılmaktadır. Çeşitli ülkelerden araştırmacılar tarafından suyun verimli bir şekilde arıtılması için de grafen kullanılmaktadır. Grafen membranların, safsızlıkları yakalarken suyun geçmesine izin verdiği gösterilmiştir. Bahsedilen uygulamalardan ayrı olarak, grafen biyomedikal araştırmalarda yaygın olarak uygulanmaktadır.
Grafenin insan vücudundaki bazı potansiyel kullanımları aşağıdadır:
*Antikanser Ajanı Olarak Grafen
Grafen, hastaya kanser hücrelerine yapışması için kimyasal olarak değiştirilmiş grafen parçacıkları enjekte edilmesiyle kanser hücrelerinin tedavisine yardımcı olma potansiyeline sahiptir. Bu malzeme kızılötesi ışığı emdiği için, tümörün tedavi edildiği radyolojik tedavilerde yapılan ışınlama, vücudun geri kalanını etkilemeden doğrudan hasarlı hücrelere etki ederek hastada daha az yan etkiye neden olur.
*Protezde Grafen
Kauçuk üzerindeki grafen, bu bileşik üzerindeki elektriksel stimülasyon, gerginliği ve gevşemeyi kontrol etmeyi mümkün kıldığından, verimli bir biyonik kas oluşturur. Grafen, gerekli sertliği ve dayanıklılığı elde etmek için (bugün alüminyum, çelik veya titanyumun kullanıldığı) splint yapımında kullanışlıdır.
*Diş İmplantlarında Grafen
Alicante Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, diş implantlarının dayanıklılığını artırmak için grafen kullanmışlardır.
Grafen Güvenli Midir?
Malzeme, kümes çit tellerine benzeyen tanıdık altıgen grafit modelinde düzenlenmiş karbonun bağımsız atomik tek katmanları olarak var olmakta ve bu da, maddeyi tartışmaya hevesli bir bilim medyası için birçok yararlı metafor sağlamaktadır. Yeni materyallerin, özellikle de yığın özelliklerinin gözden kaybolduğu ancak atomik ve moleküler özelliklerin tam olarak ortaya çıkmadığı, cesur yeni nano dünyasında yer alan materyallerin piyasaya sürülmesine karşı dikkatli olunmalıdır. Bu ölçekte, toplu veya moleküler özelliklere dayalı olarak tahmin edilemeyecek olgular ortaya çıkabilir
Bilim insanları, grafen uygulamaları ve türevleri ile ilişkili risk faktörlerini belirlemek için çeşitli nanotoksikolojik çalışmalar gerçekleştirmişlerdir. Vücut ve çevre arasındaki ilk arayüz olduğu için grafen malzemelere en çok maruz kalan cilttir. Grafenin cilt üzerindeki etkisi, boyutlarına ve fizikokimyasal özelliklerine bağlıdır. Birkaç çalışma, yüksek konsantrasyonda grafen ve türevine uzun süre maruz kalmanın zar hasarına neden olduğunu ve cilt hücreleri için düşük toksisiteye işaret ettiğini göstermiştir.
İnce ve hafif, ancak sert ve inatçı parçacıklar, özellikle solunduklarında sağlık üzerindeki zararlı etkileri açısından da endişe vericidir. Edinburgh Üniversitesi’nde bir solunum toksikologu olan Ken Donaldson ve meslektaşları, en azından malzemenin nanoskopik levhalar için grafen konusunda uyarı bayrağı çeken ilk kişiler arasındadır. Bu kadar küçük karbon taneciklerinin asbest lifleri ve kömür tozu gibi akciğerlerin derinliklerine nasıl taşınabileceğini hayal etmek çok büyük bir hayal gücü sıçraması değildir. İçeri girdikten sonra, bu tür inert parçacıkların çıkarılması veya parçalanması için olası bir mekanizma yoktur ve bu hassas dokularda kalarak kronik bir inflamatuar yanıtı tetikleyebilir veya normal hücresel işlevlere müdahale edebilirler. Donaldson ve meslektaşlarına göre grafen pullarıyla ilgili sorun, birkaç düzine mikrometre çapında olsalar da, bu levhaların çok daha küçükmüş gibi davranabilmeleridir. İnsan vücudu genellikle parçacıkları oldukça etkili bir şekilde filtreleyebilir, ancak bu parçacıklar filtreleri geçmelerine izin verecek şekilde davranırlar ve içeri girdikten sonra beyaz kan hücrelerinin yutamayacağı kadar büyük olabilirler.
Bazı araştırmacılar grafen nano levhaların kesinlikle “solunabilir olduğunu ve bu nedenle inhalasyonun (solumanın) ardından siliyer hava yollarının ötesinde birikeceğini” göstermek için bir faringeal aspirasyon modeli kullanmışlardır. İn vitro testler ayrıca bu partiküllerin akciğer hücrelerinde ve plevral boşlukta bulunanlarda inflamatuar yanıtı tetiklediğini de göstermiştir. İlginç bir şekilde, bağışıklık tepkisi karbon siyahı nanopartiküller ile görülmemektedir. 2011’in başlarında, bazı bilim insanları grafenin varsayılan toksisitesi üzerine yayınlanan sınırlı araştırmayı gözden geçirmişlerdir. “Biyolojik yanıtın, katman sayısına, yanal boyuta, sertliğe, hidrofobikliğe, yüzey işlevselliğine ve doza bağlı olarak grafen malzemeleri ailesi boyunca değişeceğini” öne sürmüşlerdir. Ayrıca, grafenin son derece yüksek hidrofobik yüzey alanı nedeniyle hedef hücrelerde reaktif oksijen türleri üretebileceğini veya membran lipitlerine müdahale edebileceğini öne sürmüşlerdir. Dahası, vücuda girebilen asbest ve kömür tozu ve diğer pürüzsüz, sürekli, biyo-kalıcı parçacıklarda olduğu gibi, grafenin tümör büyümesini tetikleme yeteneğine sahip olabileceğini söylemişlerdir. O sırada bu ekip, biyolojik uygulamaları çevre sağlığı ve güvenliği için minimum risklerle optimize etmek amacıyla grafen malzemelerinin daha güvenli tasarımı ve üretimi için eksiksiz malzeme karakterizasyonu ve mekanik toksisite çalışmalarının gerekli olduğunu vurgulamıştır. Bir başka araştırma ekibi, verilerin, nano levhaların nano parçacık toksikolojisinde yeni bir nano tehlike ve yapı-toksisite ilişkisi oluşturduğunu gösterdiğini ifade etmiştir.
Bu tip araştırmalara rağmen bazı bilim insanları bir sorun olduğuna tamamen ikna olmuş değildir. Bir çalışmanın sonucuna göre grafen pullarının solunabilmeleri ve akciğerlere girebilmeleri veya akciğerleri çevreleyen bölgeye nüfuz edebilmeleri durumunda sağlık riski oluşturma potansiyelini kesinlikle gösterse de büyük bir belirsizlik de vardır. Faringeal aspirasyon, partikülleri veya levha pullarını sıvı damlacıklar içinde akciğerlere iletir ve damlacıklar, malzemenin nerede birikeceğini belirler. Bu, malzemenin taşıma ve kullanım sırasında akciğerlere girmesi durumunda neler olabileceğine dair erken deneylere izin vermektedir ancak maruziyetin gerçekleşme olasılığı hakkında bilgi sağlamamaktadır. Grafen pullarının havada asılı kalıp kalmayacağı ve kullanım sırasında tehlikeli bir biçimde solunup solunmayacağı henüz bilinmemektedir. Sağlık riskleriyle ilgili sorular önemli olmakla birlikte spekülatif olmaya devam etmektedir.
Aslında Grafen, Doğası Gereği Toksik Değildir
Grafenin toksik olduğunu iddia eden önceki çalışmalar, üzerinde çalışılan materyal gerçekten grafen olmadığı veya toksik kimyasallar veya sert üretim yöntemleri kullanılarak yaratıldığı için muhtemelen çarpıtılmıştır. Bilim insanları grafenin toksisitesinin, dozunun yanı sıra, grafenin kendisinden değil, grafenin endüstriyel işlenmesi sırasında ortaya çıkan safsızlıklardan kaynaklandığını söylemektedir. Bu, bozulmamış grafenin harika özelliklerini tıpta, tıbbi cihazlarda ve su filtreleme/arıtmada yeni nesil uygulamalar için kullanmak isteyen araştırmacılar için iyi bir haberdir. Kirlenme, araştırmacıların “nominal grafen malzemeleri” (NGM’ler) olarak adlandırdığı malzemelerin üretiminin farklı aşamalarında meydana gelebilir. Bazı üretim yöntemlerinin biyouyumlu olmayan ve olumsuz sağlık etkilerine neden olabilecek kimyasalların kullanımını içerdiği de gözlemlenmiştir. Ayrıca, sert işleme, metaller arası safsızlıkların varlığı ve altıgen karbon çerçevesindeki belirli miktarlarda kalıcı yapısal kusurlar da NGM’nin toksisitesini etkileyebilir. Araştırmacılar, “grafen” olarak pazarlanan ticari olarak temin edilebilen 36 ürünü incelemişler ve sitotoksisitede zararsızdan yüksek derecede toksikliğe (zararlı olana) kadar şaşırtıcı derecede büyük bir değişkenlik bulmuşlardır. Araştırmalar, NGM ürünlerinin tedarikçilerden alındığı şekliyle, toksisite sonuçlarını çarpıtabilecek herhangi bir ek işlem veya değişiklik olmadan yapılmıştır. Araştırmacılar, numunelerin %35’inden fazlasının oldukça kusurlu grafen içerdiği ve geri kalan numunelerin tümünün organik ve/veya inorganik safsızlıklar içerdiği sonucuna varmıştır. Çalışmalar, sitotoksisitenin ötesinde, hücreler ve grafen ailesi malzemeler arasındaki etkileşimlerin, malzemenin şekillerine, boyutlarına, kimyalarına ve kullanım modlarına (parçacık süspansiyonuna karşı substratlara) yanıt olarak değiştiğini ve hücre kararlılığı, hayatta kalma ve toksisite dahil olmak üzere çeşitli hücre tepkilerini indüklediğini ve modüle ettiğini ortaya çıkarmıştır
Grafen Oksit
Grafen hidrofobiktir, grafen oksit (GO) ise tam tersi hidrofiliktir ve suda kolayca dağılır. Esas olarak karbon atomlarından oluşan iki boyutlu bir tek tabakadan oluşan grafen oksit, grafenin oksitlenmiş formudur ve epoksit, karbonil, karboksil ve hidroksil grupları gibi çeşitli oksijen içeren işlevsellikler içerir. Grafen oksit geniş bir yüzey alanına sahiptir ve grafenden daha ucuz ve üretimi daha kolaydır. Geniş yüzey alanı, benzersiz ve istisnai fiziksel, kimyasal ve biyolojik özellikleri (örn. elektronik, optik ve mekanik) nedeniyle grafen oksit, antibakteriyel ve antiplatelet uygulamaları, hücresel görüntüleme probları ve biyosensörlerde, doku mühendisliği, teşhis, fototermal ve fotodinamik terapiler dahil olmak üzere biyomedikal mühendisliği ve biyoteknolojik uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Grafen oksidin toksik veya biyouyumlu bir malzeme olarak işlevselliği, bileşimine, boyutuna, yüzeyine, şekline, fonksiyonel gruplarına, yüküne, kaplamasına ve çözünen ortama bağlıdır.
Bilim insanları, grafitin hızlı oksidasyonu ile sentezlenen grafen oksidin, ilaçların/genlerin verimli bir şekilde taşınması için ideal bir nano-taşıyıcı olduğunu bildirmişlerdir. Gen tedavisi, Parkinson hastalığı, kistik fibroz ve kanser gibi genetik bozuklukların tedavisinde kullanılan yeni bir yaklaşımdır. Yüksek spesifik yüzey alanı, üstün biyouyumluluk, zenginleştirilmiş oksijen içeren gruplar ve kararlılık gibi benzersiz özellikler sayesinde, bilim insanları genleri/ilaçları kimyasal konjugasyon veya fizisorpsiyon yöntemleriyle yükleyebilmişlerdir. Son zamanlarda araştırmacılar, gen iletimi için polietilenimin ile modifiye edilmiş GO geliştirmişlerdir. İndirgenmiş GO (rGO) ve katkılı grafen gibi grafen türevleri, amino asitler, dopamin, trombin ve oligonükleotit gibi biyomoleküllerin tespiti için kullanılmıştır. GO tabanlı biyosensörler ayrıca DNA’yı tanımlamak için kullanılır. Ek olarak, bilim insanları, ilaç dağıtımı sırasında polietilen glikol ile modifiye edilmiş GO’nun hücresel alımının biyolojik olarak görüntülenmesi için GO kullanmışlardır.
Grafen Oksit Toksik Midir?
Grafen oksit, onlarca yıldır üzerinde çalışılan bir malzeme değildir, bu nedenle uzun vadeli çalışmalar halen devam etmektedir. Bilinen şey, en azından hücresel ve doku düzeyinde bazı grafen güvenlik endişeleri olabileceği gerçeğidir. Genel olarak, grafen oksitin yanı sıra normal grafen ve hatta indirgenmiş grafen oksit, ister in vivo ister in vitro olsun, toksik etkiler göstermektedir. Bu tip karbon nanomalzemeler vücutta ne kadar çok birikirse, organların yeterli şekilde işlev görmesi o kadar riskli olabilir. Bunun da ötesinde, bağışıklık hücrelerinde, deri ve akciğer hücrelerinde pürüzlü nanoparçacık kenarları bulunmuştur. Bu da grafen oksitin uzun vadede tehlikeli olmasının mümkün olduğunu göstermektedir. Bununla birlikte, herhangi bir yüzey modifikasyonu toksik etkileşimleri azaltabilir. Bu nedenle, grafen oksit herhangi bir koruma aracı olmadan kullanılırsa, çeşitli sağlık sorunlarıyla karşılaşılabilir. Bunlardan bazıları hücre canlılığında azalmadan rastgele ortaya çıkan akciğer granülomlarına, böbrek ve hatta karaciğer sorunlarına kadar uzanmaktadır. Bu nedenle, grafen oksidin yalnızca doğru önlemler alındığı korumalı, kapsamlı ortamlarda kullanılması önerilir. Aksi takdirde, grafen oksit sağlık için oldukça sorunlu hale gelebilir. Grafen oksit insan vücudunda 24 saate kadar, hatta bazen bundan biraz daha fazla kalabilir. Daha kalın GO tabakalarının çıkarılması daha zor olurken, daha ince tabakalar idrar yoluyla atılabilir. Ne olursa olsun, doğru korumaya sahip olmak bu tür sorunları ve endişeleri ortadan kaldırmaya yardımcı olabilir.
Grafen Bazlı Nanotoksisite Hafifletilebilir
Birkaç çalışma, GO ile ilgili toksisitenin, yüzey fonksiyonel gruplarını değiştirerek ve oksijenli fonksiyonel grupları biyouyumlu bir polimerle maskeleyerek azaltılabileceğini göstermiştir. Örneğin, bir in vitro çalışma, GO ile karşılaştırıldığında, polivinilpirolidon ile modifiye edilmiş GO’nun daha düşük immünojenisite sergilediğini ortaya koymuştur. Grafen veya grafen tabanlı teknolojilerin geliştirilmesiyle doğrudan ilişkili olan işçiler için sağlık risklerini en aza indirmek için alınan önlemlerden bazıları, vücuttaki birikme sorunlarını azaltmak için suda kolayca dağılabilen kararlı ve ayrı ayrı grafen nano-tabakaların kullanılmasını içerir. Diğer öneriler, dokularda kronik birikimin neden olduğu hasarları önlemek için bağışıklık hücreleri tarafından yutulacak kadar küçük grafen tabakalarının, kolayca çıkarılabilen ve biyolojik olarak parçalanabilen grafen formlarının kullanılmasını içerir
Grafen Oksit Vücuttan Atılabilir
Grafenin benzersiz özellikleri, özellikle geniş yüzey alanı, yüksek mukavemeti ve esnekliğinin ilaç dağıtımı için bir nimet olabileceği veya PET (pozitron emisyon tomografisi) taraması gibi tanısal görüntüleme teknikleri için bir kontrast madde olarak kullanılabileceği biyotıpta birçok yeni uygulama vaat etmektedir. Bu tür ajanların temel özelliklerinden biri vücuttan doğal yollarla, hızlı atılmalarıdır. Yeni bir araştırmaya göre, yeni yapılmış grafen oksit tabakaları vücuttan hızlı ve etkili bir şekilde atılmaktadır. Araştırmalarda, farelere enjekte edilen grafen oksit (GO) tabakalarının %75’inden fazlasının 24 saat içinde idrarla böbrekler yoluyla vücuttan atıldığı saptanmıştır.
Kişi sağlıklı bir şekilde yiyip içerse ve ayrıca sağlıklı bir dozda vitamin alırsa, grafen oksit çok fazla güçlük çekilmeden doğal olarak detoks edilebilir. İnsan vücudu yüksek karbon oksit konsantrasyonları ile başa çıkabilme yeteneğine sahiptir ve bu yüzden bu konuda çok fazla endişelenmeye gerek yoktur. Olabildiğince sağlığa odaklanılır ve yeterli bir yaşam tarzı sürdürülürse tıbbi destek ve yardıma ihtiyaç duyan çok karmaşık bir durum olmadığı sürece, detoks süreci doğal olarak gerçekleşir. Bununla birlikte, daha karmaşık vakalarda tıbbi yardıma ihtiyaç duyulabilir, ancak genel olarak insan vücudu her türlü zorluk ve soruna karşı tamamen hazırdır.
Kaynakça:
https://www.azonano.com/article.aspx?ArticleID=6119
https://avadaingraphene.com/graphene-is-not-inherently-toxic-and-can-be-used-in-the-human-body/
https://www.products.pcc.eu/tr/blog/grafen-nedir-ve-ne-icin-kullanilir/
https://grafen.com.tr/grafen-oksit-ozellikleri/
https://teyit.org/analiz/pfizer-biontech-covid-19-asisinin-yuzde-99-grafen-oksit-icerdigi-iddiasi
Yazar: Müşerref ÖZDAŞ