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Un estudio publicado recientemente en la revista ACS Omega proporciona una descripción general de los diferentes métodos de producción de óxido de grafeno, métodos de caracterización y aplicaciones. La investigación también está abordando la nanotoxicidad del óxido de grafeno y sus derivados.
Estudio: una actualización sobre el óxido de grafeno: aplicaciones y toxicidad. Crédito de la foto: Yadav, S. et al. (2022).ACS Omega
¿Qué es el óxido de grafeno (GO)?
El grafeno es una estructura de una sola capa formada por átomos de carbono hexagonales. El grafeno y las sustancias a base de grafeno son materiales atractivos para muchas aplicaciones debido a su excelente conductividad eléctrica y térmica, alta relación resistencia-masa y gran área de superficie.
Sin embargo, el apilamiento pi-pi significativo en las capas hace que el grafeno se una y forme un compuesto hidrofóbico. Para abordar este problema, el grafeno generalmente se oxida a través del proceso Hummers, lo que da como resultado la formación de óxido de grafeno.
El óxido de grafeno es una sustancia única compuesta por una sola capa monomolecular de grafito con múltiples funcionalidades que contienen oxígeno, como grupos epoxi, carbonilo e hidroxilo. El óxido de grafeno se funcionaliza fácilmente debido a la presencia de grandes grupos funcionales que contienen oxígeno, lo que lo hace extremadamente susceptible a la formación de complejos con iones metálicos y otras moléculas.
Proceso de fabricación y caracterización de óxido de grafeno
El enfoque de Hummers y Offeman es el método más ampliamente aceptado para la síntesis a gran escala de óxido de grafeno. El ácido sulfúrico y el permanganato de potasio oxidan una combinación de polvo de grafito y nitrato de sodio en el proceso Hummers. Usando este proceso, se puede producir óxido de grafeno de alta calidad en horas.
Sin embargo, la técnica Hummers produce gases con alta nanotoxicidad, como el dióxido de nitrógeno y el óxido nitroso. Se han explorado varios cambios, comúnmente conocidos como técnicas Hummers modificadas, para reducir la nanotoxicidad y aumentar la productividad del proceso Hummers.
En los últimos años ha habido mucho interés en la fabricación de láminas de óxido de grafeno con formas personalizables. Esto se debe a que las propiedades del óxido de grafeno se pueden modificar adecuadamente utilizando diferentes moléculas, diseños de empaque y espacios.
El óxido de grafeno se puede estudiar utilizando una variedad de técnicas morfológicas, espectroscópicas y electrolíticas. Se utilizan técnicas como la espectroscopia de fotoelectrones de rayos X (XPS), los rayos X de dispersión de electrones (EDX) y la microscopía electrónica de barrido (SEM) para determinar la conductividad, las propiedades térmicas, la estructura atómica y muchos otros aspectos del óxido de grafeno.
Aplicaciones importantes del óxido de grafeno
En los últimos años, el óxido de grafeno y sus derivados se han convertido en extraordinarios materiales basados en carbono con aplicaciones en catálisis, biomedicina e ingeniería de tejidos.
La catálisis altamente eficiente con un impacto ecológico mínimo se ha convertido en la opción preferida para muchos procesos industriales. Los grupos que contienen oxígeno en la interfaz del óxido de grafeno son muy hidrofílicos y químicamente activos. Además, los grupos funcionales incorporados en el óxido de grafeno sirven como sitios anfitriones ideales para una amplia gama de moléculas catalíticas activas.
El óxido de grafeno ha atraído mucho la atención recientemente como sustrato nanoportador potencial en aplicaciones biomédicas. Las aplicaciones biológicas del óxido de grafeno incluyen fármacos genéticos y de moléculas pequeñas. También se puede utilizar para biofuncionalizar proteínas, como fármaco anticancerígeno y como agente antibacteriano en la implantación ósea.
El óxido de grafeno también se ha mostrado prometedor en numerosas áreas de la ingeniería de tejidos, incluido el desarrollo regulado de células madre y la liberación de agentes biológicos activos desde plataformas de administración basadas en células madre.
Nanotoxicidad del óxido de grafeno y perspectivas de futuro
Aunque el óxido de grafeno y sus derivados representan perspectivas atractivas para importantes aplicaciones biomédicas debido a su flexibilidad, el uso potencial del óxido de grafeno en un entorno biológico requiere una comprensión profunda de la nanotoxicidad de estos materiales.
El espectro de nanotoxicidad del óxido de grafeno depende de varios factores y se deben evitar generalizaciones amplias. Además, se deben realizar estudios sistemáticos para vincular cada una de estas variables de nanotoxicidad con el evento biológico generado por el óxido de grafeno.
Según la presente investigación, la vía de nanotoxicidad más importante del óxido de grafeno es la formación de especies reactivas de oxígeno en las células diana. Se necesita más investigación para caracterizar mejor los mecanismos de nanotoxicidad, particularmente aquellos centrados en las interacciones biológicas de los materiales de grafeno con las membranas celulares.
Los futuros estudios de nanotoxicología deberían considerar la pureza de la muestra, en particular la presencia de desechos oxidativos generados durante las primeras etapas de producción, lo que afecta significativamente el entorno microquímico de la superficie del grafeno y el óxido de grafeno. Además, debido a la variabilidad inherente de las propiedades del grafeno, es necesario incluir el comportamiento no molecular del óxido de grafeno en los modelos de nanotoxicidad.
Relación
Yadav, S. et al. (2022). Una actualización sobre el óxido de grafeno: aplicaciones y toxicidad. ACS Omega. Disponible en: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsomega.2c03171
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