Degradatie van ongerept grafeen vindt plaats in het menselijk lichaam bij interactie met een natuurlijk voorkomend enzym dat in de longen wordt aangetroffen, aangekondigde Graphene Flagship-partners; het Franse Nationale Centrum voor Wetenschappelijk Onderzoek (CNRS), Universiteit van Straatsburg, Karolinska Instituut en Universiteit van Castilla-La Mancha (UCLM).

Op grafeen gebaseerde producten, inclusief flexibele biomedische elektronische apparaten, worden ontworpen voor interface met het menselijk lichaam binnen het Graphene Flagship. Als grafeen voor dergelijke biomedische toepassingen moet worden gebruikt, het moet biologisch afbreekbaar zijn en dus uit het lichaam worden verdreven.

Om te testen hoe grafeen zich in het lichaam gedraagt, Alberto Bianco en zijn team bij Graphene Flagship-partner CNRS voerden verschillende tests uit om te bepalen of en hoe grafeen werd afgebroken door toevoeging van een gewoon menselijk enzym. Het enzym, myeloperoxidase (MPO), is een peroxide-enzym dat wordt afgegeven door neutrofielen, cellen in de longen die verantwoordelijk zijn voor de eliminatie van vreemde lichamen of bacteriën die het lichaam binnenkomen. Als er een vreemd lichaam of een bacterie in het lichaam wordt gedetecteerd, neutrofielen omringen het en scheiden MPO af, waardoor de dreiging wordt vernietigd. Eerder werk van Graphene Flagship-partners vond dat MPO grafeenoxide biologisch afbreekt. Er werd echter gedacht dat de structuur van niet-gefunctionaliseerd grafeen meer degradatiebestendig was. Om dit te testen, Bianco en zijn team keken naar de effecten van MPO, ex vivo, op twee grafeenvormen:enkellaags en weiniglaags.

Bianco zegt, "We gebruikten twee vormen van grafeen - enkellaags en weiniglaags, bereid door twee verschillende methoden in water. Ze werden vervolgens genomen en in contact gebracht met myeloperoxidase in aanwezigheid van waterstofperoxide. Dit peroxidase was in staat om ze af te breken en te oxideren. Dit was niet echt verwacht, omdat we dachten dat niet-gefunctionaliseerd grafeen resistenter was dan grafeenoxide."

Rajendra Kurapati, eerste auteur van de studie, van Graphene Flagship-partner CNRS, zei, "De resultaten benadrukken dat zeer dispergeerbaar grafeen in het lichaam kan worden afgebroken door de werking van neutrofielen. Dit zou de nieuwe weg openen voor het ontwikkelen van op grafeen gebaseerde materialen."

In-vivo testen is de volgende fase. Bengt Fadeel, professor bij Graphene Flagship-partner Karolinska Institute, zegt, "Begrijpen of grafeen al dan niet biologisch afbreekbaar is, is belangrijk voor biomedische en andere toepassingen van dit materiaal. Het feit dat cellen van het immuunsysteem grafeen kunnen verwerken, is veelbelovend."

Prof. Maurizio Prato, leider van Werkpakket 4, zei, "De enzymatische afbraak van grafeen is een zeer belangrijk onderwerp, omdat in principe grafeen dat in de atmosfeer wordt verspreid, kan enige schade aanrichten. In plaats daarvan, als er micro-organismen zijn die grafeen en aanverwante materialen kunnen afbreken, de persistentie van deze materialen in ons milieu zal sterk afnemen. Dit soort onderzoeken zijn nodig. Wat ook nodig is, is onderzoek naar de aard van afbraakproducten. Zodra grafeen is verteerd door enzymen, het kan schadelijke derivaten produceren. We moeten de structuur van deze derivaten kennen en hun impact op gezondheid en milieu bestuderen."

Prof. Andrea C. Ferrari, Science and Technology Officer van het Graphene Flagship, en voorzitter van zijn managementpanel, toegevoegd, "Het rapport van een succesvolle weg voor biologische afbraak van grafeen is een zeer belangrijke stap voorwaarts om het veilige gebruik van dit materiaal in toepassingen te garanderen. Het Graphene Flagship heeft het onderzoek naar de gezondheids- en milieueffecten van grafeen centraal gesteld in zijn programma sinds de beginnen. Deze resultaten versterken onze roadmap voor innovatie en technologie."