Aufgrund seiner außergewöhnlichen Eigenschaften wird Graphen mittlerweile einer Vielzahl von Kunststoffen zugesetzt. Das kohlenstoffbasierte Material verbessert beispielsweise die Leitfähigkeit und Stabilität von Verbundwerkstoffen.
Empa-Forschende untersuchen derzeit in mehreren Studien die gesundheitlichen Risiken dieser vergleichsweise neuen Verbundmaterialien. Die neuesten untersuchen die Rückstände von Graphen-Nanoplättchen, die nach der Verbrennung der Verbundstoffe in Müllverbrennungsanlagen oder bei einem Brandunfall entstehen können.
Ein realistisches Lungenmodell in einer Zellkulturschale
Da der menschliche Organismus am ehesten über die Atemwege mit Graphen-Partikeln in Kontakt kommt, nutzten die Forschenden das an der Empa entwickelte 3D-Lungenmodell mit Zellkulturen für Toxizitätstests. Das Team um Peter Wick vom Empa-Labor Particles-Biology Interactions in St. Gallen setzte Lungenzellen Rückständen aus der Verbrennung von Kompositmaterialien aus, die Graphen-Nanoplättchen enthalten.
Um die Menge an Graphenpartikeln, denen Menschen typischerweise ausgesetzt sind, möglichst realistisch abzuschätzen, hat ein Team um Jing Wang vom Empa-Labor Advanced Analytical Technologies die Verbrennungsrückstände der Graphen-Verbundwerkstoffe untersucht und quantifiziert. An dem interdisziplinären Projekt waren auch Forschende des Advanced Fibers Laboratory der Empa beteiligt.
Keine akuten Schäden
Anhand dieser Daten setzte das Team das 3D-Lungenmodell realistischen Bedingungen aus, um Vorhersagen über die akute Toxizität von Graphen-Nanoplättchen nach der Verbrennung treffen zu können. Die Ergebnisse zeigten, dass Verbrennungsrückstände von Kunststoffharzen ohne Graphen bekannte Nebenwirkungen hervorrufen, die auf ein Gesundheitsrisiko hindeuten. Nach Kontakt mit den Graphen-Nanoplättchen-Resten gab es jedoch keine weiteren Hinweise auf akute Schädigungen der Lungenzellen, wie Entzündungsreaktionen, oxidativen Stress oder gar Zelltod.
In einem (n früheres Studium, konnten Empa-Forscher bereits zeigen, dass die gesundheitlichen Risiken von Graphenstaub, der durch Abrieb von Polymerkompositen entsteht, vernachlässigbar sind. Die Auswirkungen einer längeren Exposition gegenüber Graphen-Nanopartikeln sollen nun in Langzeitstudien untersucht werden.