Lekarstwo na nowotwór i samolot z grafenu?

Czy grafen to tylko procesory o taktowaniu 1000 GHz i baterie ładujące się w 10 s czy jednak coś więcej? Gdzie jeszcze znajdzie zastosowanie ten niezwykły materiał?

Z poprzednich artykułów z mojego grafenowego cyklu dowiedzieliście się, czym jest grafen, jakie ma właściwości i dlaczego prawdopodobnie zrewolucjonizuje rynek procesorów, wypierając krzem. W ostatnim (bardzo subiektywnym) tekście, w którym podważyłem postęp technologiczny i pojęcie innowacji, pisałem o wykorzystaniu grafenu w akumulatorach przyszłości. Dzisiaj przedstawię najciekawsze zastosowania tego niezwykłego materiału, które wykraczają daleko poza elektronikę i smartfony.

Nowotwór to choroba, w wyniku której komórki organizmu dzielą się w niekontrolowany sposób na komórki nowotworowe. Niestety, nie ma żadnego w 100% skutecznego lekarstwa na raka. Być może niedługo się to zmieni za sprawą polskich naukowców ze Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego (SGGW). Badania prowadzone są pod kierunkiem prof. Ewy Sawosz-Chwalibóg. Jej zespół odkrył, że grafen dzięki swojej grubości (warstwa o grubości 1 atomu) może zostać wykorzystany do odizolowania komórki nowotworowej od zdrowych komórek. Grafen oblepi chorą komórkę, tworząc cieniutką, nieprzepuszczalną błonę. W ten sposób zostanie odcięty dopływ składników odżywczych i tlenu, co doprowadzi do śmierci komórki rakowej.

Grafen jest idealnym materiałem także z powodu dość niskiej toksyczności w stosunku do tkanki ludzkiej. Dotychczasowe wyniki badań są bardzo obiecujące: grafen podany do guza znacząco zmniejsza liczbę komórek nowotworowych. Dzięki temu materiałowi powstaną także antyseptyczne opatrunki, które zabijają bakterie żyjące na naszej skórze. Znajdzie on również zastosowanie w implantologii neuronowej. Poprzez wszczepienie grafenowych elektrod pomoże w leczeniu takich chorób i schorzeń, jak ślepota, głuchota, padaczka, uszkodzenia rdzenia kręgowego, choroba Alzheimera czy Parkinsona.

Naukowcy z Politechniki Rzeszowskiej wraz z 11 partnerami pracują nad wdrożeniem grafenu do przemysłu lotniczego. Nie chodzi tylko o zaprojektowanie bardzo wytrzymałych, superlekkich elementów konstrukcyjnych samolotu. Obecnie prowadzone badania dotyczą problemu zamarzania łopat, wirników i śmigieł. Elementy te nie mogą być zamarznięte. We współczesnych samolotach znajdują się instalacje odmrożeniowe, składające się przede wszystkim z drutów oporowych, przez które płynie prąd.

Niestety, jest to rozwiązanie bardzo awaryjne. Druty muszą być przyklejone, a klej pogarsza właściwości całej instalacji. Celem było więc znalezienie takich klejów, które przewodziłyby prąd. Jednak naukowcy odkryli jeszcze lepsze rozwiązanie. Zastosowali grafen, który jest świetnym przewodnikiem. Do substancji nakładanej na elementy ruchome samolotu wystarczy dodać 1% naszego półprzewodnika, aby przewodziła ona prąd i nie pozwoliła na zamarzanie powierzchni śmigieł i łopat.

To samo dotyczy radarów cywilnych i wojskowych. Muszą one być pokrywane grafenem, ponieważ oblodzone działają nieprawidłowo i mają gorsze parametry pracy. Trzeba zaznaczyć, że struktura wykonana na bazie grafenu jest "przezroczysta" dla fal radiowych. Grafen przyda się też do konstruowania wytrzymalszych, lżejszych kadłubów oraz skrzydeł elektrowni wiatrowych.

Wykorzystanie grafenu do produkcji alkoholi zostało podobno odkryte przypadkowo. Noblista Andriej Gejm (jeden z odkrywców grafenu) badał ze swoim zespołem właściwości tlenku grafenu. Opracowano membranę, która przepuszcza wodę, ale zatrzymuje większość gazów i innych cieczy. Eksperymenty przeprowadzano na metalowym pojemniku z naciągniętą membraną z tlenku grafenu.

W pierwszym przypadku znajdował się w nim bardzo lotny gaz - hel. Nie odnotowano jednak żadnego wycieku. Gdy do pojemnika naukowcy wlali wodę i szczelnie zamknęli, ta po jakimś czasie wyparowała - równie szybko, jak gdyby pojemnik był otwarty, a nie zatkany membraną. Po serii eksperymentów Gejm dla żartu zakorkował tlenkiem grafenu butelkę wódki. Efekty były zaskakujące - alkohol stawał się coraz mocniejszy. Woda (przepuszczona przez membranę) wyparowała, a alkohol (blokowany przez membranę) został.

Wygląda więc na to, że grafen będzie używany w przemyśle alkoholowym w procesie destylacji. Takie właściwości tlenku grafenu przydadzą się również w odsalaniu wody morskiej i uzdatnianiu jej do picia. Już teraz konstruowane są prototypy specjalnych sit przepuszczających wodę, a zatrzymujących sól. Oczyszczanie wody z zanieczyszczeń także będzie znacznie prostsze.

Według Billa Gatesa, założyciela Microsoftu, obecnie stosowane prezerwatywy są niedoskonałe i należy je ulepszyć. Na początku 2013 roku jego fundacja Grand Challenges in Global Health ogłosiła konkurs na opracowanie prezerwatywy nowej generacji. Nagrodę w wysokości 100 tysięcy dolarów (na realizację projektu i badań) otrzymali naukowcy z Uniwersytetu w Manchesterze. Połączyli oni grafen z lateksem, co pozwoliło uzyskać materiał niezwykle cienki, ale równocześnie bardzo wytrzymały. Produkcja rozpocznie się już w 2015 roku w Narodowym Instytucie Grafenu w Manchesterze.

Jak widać, zastosowania grafenu nie kończą się na elektronice. Sądzę, że za jakieś 10 lat będzie wykorzystywany w prawie każdym aspekcie naszego życia. Polska niedawno rozpoczęła masową produkcję grafenu, więc pozostaje nam trzymać kciuki, aby potencjał projektu się nie zmarnował.