Grafeen is een tweedimensionaal (ongeveer één atoom dik) nanomateriaal van koolstof, bestaande uit een enkele laag dicht op elkaar gepakte koolstofatomen. De hoge mechanische sterkte en belangrijke elektrische en thermische eigenschappen maken grafeen zeer geschikt voor veel nieuwe toepassingen op het gebied van elektronica, biologische, chemische en magnetische sensoren, fotodetectoren en energieopslag en -opwekking.
Wist je dat?
Vanwege de potentiële toepassingen zal de productie van grafeen de komende jaren naar verwachting aanzienlijk toenemen, maar gezien de lage marktpenetratie en de beperkingen bij het analyseren van de effecten, is er momenteel nog niet veel informatie beschikbaar over de concentraties van grafeen nanomaterialen in ecosystemen.
Nu is bekend geworden dat grafeenoxide, als een paard van Troje, onder bepaalde omstandigheden organische verontreinigende stoffen naar vissen kan transporteren. Wetenschappers van de onderzoeksgroep CBET van de Universiteit van Baskenland (UPV/EHU) in Spanje en de Universiteit van Bordeaux in Frankrijk hebben in een onderzoek aangetoond dat nanomaterialen van grafeenoxide, alleen en in combinatie met polycyclische aromatische koolwaterstoffen, een potentiële bron van toxiciteit voor vissen zijn, maar bij concentraties die boven de huidige verwachte milieuniveaus liggen. Onder de omstandigheden die in het onderzoek zijn gebruikt, is er geen hoge toxiciteit gedetecteerd, maar is er wel verandering van sommige biomarkers waargenomen.
Houd rekening met
Als gevolg van de oppervlakte-eigenschappen van grafeen zou grafeen, eenmaal in het aquatisch milieu, kunnen fungeren als een drager van organische verontreinigende stoffen, zoals polycyclische aromatische koolwaterstoffen, voor waterorganismen. In dit verband heeft de onderzoeksgroep CBET (Cell Biology in Environmental Toxicology) het vermogen van grafeenoxide om polycyclische aromatische koolwaterstoffen te sorberen en de toxiciteit van grafeenoxide alleen en in combinatie met bepaalde polycyclische aromatische koolwaterstoffen in zebravisembryo's en volwassenen geëvalueerd.
"De resultaten hebben aangetoond dat grafeenoxide polycyclische aromatische koolwaterstoffen kan overbrengen naar de zebravis (via een soort paard van Troje-effect) en subletale schade kan veroorzaken. Onder de omstandigheden die we gebruikten, waren de toxische effecten niet enorm, noch de vissen noch de embryo's stierven, maar in sommige biomarkers hebben we effecten ontdekt die ons waarschuwen", zei Amaia Orbea, arts van de CBET-groep van de UPV/EHU.
Enerzijds hebben ze ontdekt dat er bij hoge concentraties misvormingen kunnen optreden in embryo's, "wat betekent dat het bij langere blootstelling en bij hogere concentraties mogelijk is dat er niet-levensvatbare dieren geboren worden", legt Orbea uit. Aan de andere kant heeft dit onderzoek aangetoond dat "op de lange termijn, bij een blootstelling van drie weken, het enzym acetylcholinesterase, dat zenuwprikkels vertraagt, werd geremd in alle behandelde vissen, dus ondanks het feit dat er geen zeer hoge concentraties werden gebruikt, hebben we gezien dat naarmate de blootstellingstijd toeneemt, neurotoxische effecten beginnen op te treden", aldus de onderzoeker.
Houd in gedachten
"We hebben specifieke concentraties en tijdsperioden gebruikt, maar we weten niet hoe deze concentraties zich van nu af aan in de natuur zullen ontwikkelen en wat hun mogelijke invloed is in relatie tot andere verontreinigende stoffen. De resultaten hebben ons laten zien dat de concentraties die op dit moment in het milieu kunnen voorkomen niet erg gevaarlijk zijn, maar we moeten voorzichtig zijn: we weten niet welke effecten deze lage concentraties kunnen hebben bij langere blootstelling. De verkregen resultaten zijn gerelateerd aan de omstandigheden die in onze experimenten zijn toegepast. Normaal gesproken vinden we grafeen niet alleen in het milieu; naast grafeen zijn er veel andere verontreinigende stoffen die ook van invloed zijn op dieren... We moeten ze allemaal tegelijk in beschouwing nemen," waarschuwt hij.
Dit onderzoek maakt deel uit van het internationale co-gesuperviseerde proefschrift van de promovendus Ignacio Martínez Álvarez. Het onderzoek is gefinancierd door de UPV/EHU, Amaia Orbea is de scriptiebegeleider van de UPV/EHU en Hélène Budzinski is de scriptiebegeleider van de Universiteit van Bordeaux. Het onderzoek is uitgevoerd op de afdeling Zoölogie en Dierlijke Celbiologie en op het Centrum voor Onderzoek in Experimentele Mariene Biologie en Biotechnologie (Plentzia Marinestation), in samenwerking met Polymat.
Eindnoot
Het onderzoek is getiteld "Uptake and effects of graphene oxide nanomaterials alone and in combination with polycyclic aromatic hydrocarbons in zebrafish" (Opname en effecten van grafeenoxide nanomaterialen alleen en in combinatie met polycyclische aromatische koolwaterstoffen in zebravissen). Het is gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Science of the Total Environment. (Bron: UPV/EHU)