Вы уже слышали о графене — материале XXI века? Если нет, то вам точно нужно это прочитать! Открытие графена считается настоящей революцией, которая многое изменит в нашей жизни. Этот материал обладает настолько уникальными физическими свойствами, что в корне меняет представление человека о природе вещей и веществ.
В 2010 году Андрею Гейму и Константину Новосёлову присудили Нобелевскую премию за открытие этого материала.
Биохакинга это открытие тоже коснулось. Каждый год появляются интереснейшие технологии и приборы на базе графена, которые совершают прорывы в медицине. В этой статье расскажем о некоторых из них, обязательно дочитайте до конца!
Что такое графен?
Графен представляет собой двухмерный кристалл. Его структура является гексагональной решеткой, состоящей из атомов углерода (см. картинку выше).
По сути, это одна плоскость слоистого графита, того самого, который находится внутри обычных карандашей, отделённая от объёмного кристалла. Когда вы пишете, чешуйки графита толщиной в несколько слоев прилипают к бумаге, но истинный графен более тонкий, имеет толщину всего в один атом.
Свойства графена и возможности
Графен обладает большой механической жёсткостью и рекордной электро и теплопроводностью. Сверхлегкий, но в то же время в 200 раз прочнее стали, выдерживает нагрузку 5 тонн и более без разрушения и, кроме того, он биологически разлагаем, поэтому не представляет угрозы для окружающей среды. Слои графена непроницаемы. Смешивание его с такими материалами, как резина или пластмасса, могут сделать их воздухонепроницаемыми, что многократно увеличит качество герметичных изделий.
Графен и биохакинг
Восстановить сломанные кости
Исследователи из команда Стефани Сидлик из Университета Карнеги-Меллона протестировали фосфатный графен для восстановления сильных переломов. Фосфатный графен служит каркасом, позволяющим собственным клеткам организмы быстрее реформировать отсутствующую или поврежденную кость. Метод уже показал успех на мышах. На очереди люди. =)
Когда графен размещается на поврежденной костной ткани, вокруг нее, он служит структурой для связывания и роста костных клеток. Графеновый каркас разрушается по мере роста костей, исчезая после излечения места перелома. Идеальная заплатка, которая делает свое дело и ничего не оставляет после себя. Каркас также отлично настраивается — он притягивает правильные ионы кальция, обладает определенной прочностью на растяжение.
Нейродевайсы
На основе уникальных свойств графена можно делать нейродевайсы, считывающие активность нейронов.
Нейродевайсы могут облегчить жизнь людям с болезнью Паркинсона, которые часто сталкиваются с тремором. Чтобы регулировать судороги, пациентам имплантируются мультиэлектродные массивы, которые глубоко стимулируют головной мозг электрическими импульсами. При наступлении судорог пациент нажимает кнопку на мини-девайсе, и через электрод поступает несколько сигналов в часть мозга, которая отвечает за заболевание.
Нейродевайсами занимаются в Center for Microelectronics Research в Техасском университете в Остине, а также в Institute of Bioelectronics в Юлихском исследовательском центре в Германии. Технология пока работает в лабораторных условиях.
ДНК-сенсоры
Сотрудники Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне впервые создали биосенсоры на основе графена, которые способны обнаруживать ДНК раковых клеток в крови пациента. Датчик может обнаруживать сверхнизкие концентрации молекул, которые являются маркерами заболевания, что важно для их ранней диагностики. Сенсор очень чувствителен, не дорогой, прост в использовании.
Противораковые свойства графена
Команда исследователей из Университета Манчестера в во главе с Майклом Лизанти опубликовали статью, посвящённую тому, как окись графена выборочно поражает стволовые клетки, относящиеся к категории раковых, при этом не оказывая токсичного эффекта на здоровые клетки. Во время исследования учёные оценили эффекты графена при шести разных видах рака: молочной железы, лёгких, поджелудочной железы, простаты, яичников и головного мозга. Во всех случаях получен положительный результат.
Датчик токсинов
Американские исследователи разработали электрохимический датчик на основе графена, способный обнаруживать гистамины и токсины в пищевых продуктах. Новый материал реагирует на вредные вещества гораздо быстрее стандартных лабораторных тестов.
Фильтр для воды
В настоящее время по подсчетам ООН, «дефицит воды затрагивает более 40% мирового населения и, по прогнозам, будет расти». Фильтры на основе графена вполне могут стать решением.
Графеновая пленка оказалась отличным фильтром для воды, она пропускает молекулы воды и при этом задерживает все остальные. Ученые из Манчестерского университета смогли разработать масштабируемые сита из оксида графена для фильтрации морской воды.
Интересные факты
Одежда
Фирма Fast Company выпустила первую в мире куртку с применением графена, который ранее для этих целей практически не использовался. Благодаря графену, куртка способна уравнять температуру внутри и снаружи, регулируя теплоотдачу и теплоприем. Более того, она может запасать неограниченное количество тепла и работать как обогреватель.
Паутина и шёлковая нить с графеном
Итальянские исследователи из Университета Тренто и их коллеги из Центра по разработкам с использованием графена Кембриджского университета смогли «накормить» графеном пауков, после чего те стали производить паутину, которая оказалась в несколько раз прочнее обычной. Подобным образом действовали и китайские исследователи, «скормив» графен шелкопряду, они получили прочную шелковую нить, которая проводит электричество. С ее помощью можно буквально внедрять в одежду носимую электронику — наушники, телефоны и так далее.
И, вишенка на торте.
Этот материал участвует в разработке нового вида презервативов -сверхтонких, но более безопасных, что должно помочь предотвратить передачу ряда заболеваний.
Графен рассматривается в качестве материала, который изменит авиастроение, автомобилестроение, технологии освоения космоса, а также энергетическую отрасль. Он может быть использован для созданию гибких небъющихся экранов телефонов, лучших пуленепробиваемых жилетов и более прочных городских строений.
Другие потенциальные сферы применения графена включают также создание лучших медицинских сканеров, транзисторов и секвенсоров ДНК. Внедряя графен непосредственно в наши клетки, врачи могли контролировать наше тело изнутри с помощью наноботов. Предполагается, что биоприложения графена станут реальностью к 2030 году.
