Grafen jest jedną z alotropowych odmian węgla. To płaska warstwa pojedynczych atomów węgla ułożonych w sześciokątne struktury, przypominające wyglądem plaster miodu. Jest to bardzo wytrzymały materiał, a przy tym bardzo lekki i elastyczny. Doskonale przewodzi też ciepło i prąd elektryczny. Dlatego grafen jest wskazywany jako innowacyjny materiał o całym szeregu zastosowań, który w świecie elektroniki w przyszłości mógłby zastąpić krzem. Kolejnym, szczególnie perspektywicznym obszarem jest jego wykorzystanie w biomedycynie.

Jednym z zastosowań grafenu w kontekście biomedycznym są terapie antynowotworowe. W tym obszarze wraz z naukowcami z SGGW jesteśmy właścicielem patentu dotyczącego modyfikacji grafenu płatkowego z wykorzystaniem nanocząsteczek platyny, która ma udowodnione działanie przeciwnowotworowe. Odpowiednio przygotowany materiał może być wykorzystany jako nośnik leku, który dostaje się w miejsce zmienione nowotworowo, przylega do komórki  guza, dzięki czemu platyna przenika do jego wnętrza. Nasze badania, które zostały już opublikowane w prestiżowych czasopismach o zasięgu międzynarodowym, pokazują, że guz poddany takiej terapii zmniejsza się, co świadczy o jej skuteczności – wyjaśnia w rozmowie z agencją Newseria Biznes dr inż. Adrian Chlanda, zastępca kierownika Grupy Badawczej Grafen i Kompozyty w Łukasiewiczu – Instytucie Mikroelektroniki i Fotoniki.

Zadaniem grafenu jest dostarczenie skondensowanej dawki takich cząsteczek w miejsce zmienione nowotworowo i umożliwienie wchłonięcia tych cząsteczek przez komórki nowotworowe, co doprowadza w ten sposób do ich śmierci.

Grafen w obszarze biomedycznym może mieć wiele różnych zastosowań. Można tu wspomnieć również m.in. o medycynie regeneracyjnej, w której grafen będzie wykorzystywany do odbudowy różnego rodzaju tkanek – mówi dr inż. Adrian Chlanda.

Grafen znajduje tu zastosowanie np. jako składnik lub pokrycie nowoczesnych, trójwymiarowych rusztowań. Ich powierzchnia odpowiada za interakcje z żywą materią, czyli tkankami i komórkami. Takie zastosowanie grafenu ma umożliwić regenerację tkanki, np. kostnej.

Aby w pełni wykorzystać potencjał grafenu płatkowego, staramy się w Łukasiewiczu – Instytucie Mikroelektroniki i Fotoniki wytwarzać z grafenu pokrycia rusztowań wykonanych z różnych materiałów, w tym: ceramicznych, metalicznych i polimerowych. Wówczas uzyskujemy efekt, dzięki któremu takie rusztowanie staje się bardziej bioaktywne i bardziej przyjazne dla komórek. Można powiedzieć, że stwarza im dom, w którym komórki bardzo chętnie mieszkają – mówi zastępca kierownika Grupy Badawczej Grafen i Kompozyty.

Naukowcy oceniają, że na wprowadzenie produktów grafenowych na rynek biomedyczny trzeba jeszcze poczekać, głównie ze względu na długi proces badań przedklinicznych i klinicznych.

Z kolei w kontekście pandemii COVID-19 możemy potraktować grafen jako składnik maseczek medycznych. Wówczas będzie zachodził efekt fotokatalizy: dzięki naświetlaniu promieniowaniem słonecznym grafen będzie wspomagał czyszczenie materiału i pozbawiał go wszelkich grzybów, pleśni i wirusów – podkreśla ekspert.

Potencjał grafenu obejmuje nie tylko przemysł biomedyczny, ale i kosmetyczny. Jego właściwości antybakteryjne i przeciwtrądzikowe mogłyby znaleźć bezpośrednie zastosowanie np. w kremach i maseczkach kosmetycznych – dodaje dr inż. Tymoteusz Ciuk, kierownik Grupy Badawczej Grafen i Kompozyty w IMiF.

Naukowcy pracują także nad materiałami kompozytowymi z dodatkiem grafenu, który sprawia, że są one bardziej wytrzymałe. Z pasty grafenowej, czyli zawiesiny o bardzo dużym stężeniu, są w stanie wytworzyć papier grafenowy, który może mieć zastosowanie w odprowadzaniu ciepła z urządzeń elektronicznych. Wydajne odprowadzanie ciepła z urządzeń elektronicznych niesie ze sobą dwie korzyści: poprawia jego parametry użytkowe oraz wydłuża jego żywotność.

Liczymy, że odbiorcą naszego grafenu będą przede wszystkim rynki nowoczesnych materiałów kompozytowych, gdzie grafen płatkowy pod postacią zredukowanego tlenku grafenu mógłby istotnie poprawić właściwości mechaniczne przy jednoczesnym zmniejszeniu wagi. Myślimy tu m.in. o konstrukcjach kadłubów łodzi, katamaranów, ale także ultralekkich samolotów – dodaje dr inż. Tymoteusz Ciuk.

Inne potencjalne zastosowanie grafenu to magazyny energii i baterie.

Grafen może być wykorzystany jako podstawowe elementy – czyli katoda i elektroda – budujące baterię. Możemy też zastosować go jako warstwę wierzchnią ogniwa, dzięki czemu bateria będzie szybciej odprowadzać ciepło i wolniej się nagrzewać. Gdybyśmy pomyśleli o powerbanku wytworzonym z grafenu, ładowałby się on szybciej, przy okazji szybciej ładując też nasze urządzenia, umożliwiając ich dłuższą i bezpieczniejszą eksploatację – wyjaśnia dr inż. Adrian Chlanda. – Innym zastosowaniem, nad którym pracujemy, są lakiery antykorozyjne oraz smary. W naszym portfolio posiadamy patent wraz z naukowcami z WAT i Łukasiewicza – IMP na wodorozcieńczalny lakier z dodatkiem grafenu. Jego działanie antykorozyjne zostało już udowodnione, więc za jakiś czas będziemy w stanie zaproponować ten produkt komercyjnie.

Łukasiewicz – Instytut Mikroelektroniki i Fotoniki ma wieloletnie doświadczenie w badaniach nad grafenem płatkowym. Grafen może występować w formie roztworu lub po wysuszeniu – w formie proszku o różnej wielkości płatków, dlatego znajduje tak dużo potencjalnych zastosowań. Żeby możliwe było wykorzystanie go w produktach biomedycznych, konieczne jest zagwarantowanie wysokiej jakości (czystości) i powtarzalnych właściwości finalnego materiału. Na tym i obniżeniu kosztów produkcji skupiają się naukowcy warszawskiego instytutu, by umożliwić wdrożenie produktów na bazie grafenu na rynek.

To, co wyróżnia Instytut Mikroelektroniki i Fotoniki, to dostęp do wysokiej klasy aparatury ulokowanej w nowoczesnych laboratoriach. Dzięki temu jesteśmy w stanie zaproponować materiał szyty na miarę. Wyobrażamy sobie, że firma, która się do nas zgłosi, zaprezentuje swój pomysł na budowanie przewagi rynkowej, a my wykorzystując własne doświadczenie i wiedzę, opracujemy dedykowany materiał, który będzie spełniał narzucone wymagania, a także pozwoli wyróżnić się na tle konkurencji – podkreśla dr inż. Tymoteusz Ciuk.