Нобелевская премия по физике 2010 года была присуждена двум ученым, которые открыли простой способ изолировать один слой графина, названный графеном. Это двумерный лист атомов углерода, расположенных в гексагональной решетке, что делает его наиболее тонким, наиболее элетро- и теплопроводным материалом в мире. В то же время графен — гибкий, прозрачный и чрезвычайно прочный. За множество своих выдающихся свойств он заслужил название «чудесного материала», и многие считают, что XXI век станет «графеновым веком».

графен

Графен действительно хорошо изученный и многообещающий материал, который имеет потенциал революционизировать каждый аспект нашей жизни: от селективных мембран, которые могут решить проблему дефицита воды в мире, через замену кремния в электронике для достижения потрясающей производительности в миниатюрных размерах, до обеспечения множества энергетических решений следующего поколения.

Перспективы использования графена не ограничиваются «зеленой энергией» солнечных батарей или батарей сотовых телефонов, которые подзаряжаются в течение нескольких минут; широко и энергично изучается совместимость графена с разным биомедицинским применением, таким как доставка препаратов, лечение рака и биосенсоры. Уникальные свойства материала, такие как большая площадь поверхности, хорошая биосовместимость и химическая стабильность, делают графен достойным интенсивного изучения и на него покладают большие надежды.

Искусственные имплантаты являются основными медицинскими продуктами, и графен может играть очень важную роль в будущем этих устройств. Биосовместимость графена, в сочетании с его механической прочностью, является полезной для различных сложных биоматериалов, а его электропроводность может быть использована для органов, которым нужны такие свойства, например – нервные ткани и элементы спинного мозга.

На самом деле, исследователи Мичиганского технологического университета достигли прогресса в своей работе по 3D печати нервов, используя техники 3D биопечати. Ученые разработали полимерные материалы, выступающие в качестве каркаса для растущих тканей, и работают над интеграцией графена в качестве электрического проводника.

Биосенсорика является развивающейся областью, с многими медицинскими приложениями, которые приходят на ум. Много направлений изучают в этой области, а графен показал исключительную эффективность в обнаружении пищевых токсинов, загрязнения окружающей среды, специфических микроорганизмов и бактерий. Графен-оксид, оксигенированная форма графена, связывается с белковой структурой специфических токсинов и вырабатывает усиленный сигнал, что позволяет гиперчувствительным датчикам обнаруживать токсины в количестве в 10 раз меньше, чем обычные датчики.

Другим примером является датчик, который прогнозирует сердечный приступ, используя возможность графен-оксида обнаруживать определенные микрочастицы в крови, которые освобождаются до сердечного приступа. Различные подобные сенсоры для обнаружения множества болезней, токсинов и биомаркеров в настоящее время находятся на стадии испытаний и разработки.

графен-чип

Графен имеет большой потенциал для обнаружения и лечения рака. Китайские ученые разработали сенсор на основе графеновых транзисторов, который может обнаружить даже одну раковую клетку! Но, пожалуй, намного более интересным является потенциал графена в лечении рака; ученые Манчестерского Университета обнаружили, что оксид графена может действовать в качестве противоопухолевого средства, которое селективно нацелено на раковые стволовые клетки. В сочетании с существующими методами лечения, это может привести к уменьшению размеров опухоли, а также предотвращать метастазирование рака и его рецидивирование после лечения.

Графен также широко изучают для использования в доставке противораковых препаратов, в основном из-за его большой поверхности, которая позволяет ему переносить большое количество лекарственных средств к определенным частям организма. Кроме обнаружения рака и доставки препаратов, проводится изучение самого графена как противоопухолевого средства – сосредоточенное, например, на его теплопроводности и возможности превращать неионизирующие волны в тепловую энергию на микроскопическом уровне и создавать достаточное количество тепла для того, чтобы разрушить белки и ДНК внутри раковых клеток.

графен график

Секвенирование ДНК, или определение последовательности оснований в ДНК, которые составляют геном, имеет большое значение не только для лучшего понимания человеческого строения, но и для постижения любых генетических болезней, любых типов рака и человеческой иммунной системы. Секвенирование ДНК при помощи графена основано на создании графеновой мембраны, помещении ее в проводящую жидкость и подаче напряжения на одном конце, так что ДНК может пройти через крохотные поры графена. Этот метод называется нанопористым секвенированием, и он позволяет анализировать строение ДНК по одному нуклеотиду (каждый нуклеотид влияет на мембрану по разному из-за его уникальных размеров и электрических свойств). Дополнительные концепции включают сенсоры ДНК, основанные на графене, и другие пути выполнения секвенирования ДНК быстрее и более эффективно.

Наномедицина в настоящее время находится в зачаточном состоянии, как и использование графена в медицинских целях. Он может войти во многие области медицины и революционизировать их, однако для этого требуется много исследований и разработок. В будущем, можно надеяться, мы увидим более эффективные, более прочные методы профилактики и лечения заболеваний при помощи графена.