Energiantuotannossa ja -varastoinnissa käytettävien grafeeniperäisten nanomateriaalien vaaranarvio (GraphHazard) – SAFERA

Tiivistelmä

Grafeenipohjaisten materiaalien vaaranarvio edellyttää kehittyneiden nanomateriaalien testaamiseen soveltuvia tutkimusmenetelmiä. GrapHazard -hankkeessa selvitetään, mitkä toimintamekanismit ja materiaaliominaisuudet ovat yhteydessä grafeenimateriaalien toksisuuteen. Soluviljelmiin perustuvia testejä arvioidaan vertaamalla tuloksia samoille materiaaleille altistuneiden työntekijöiden biomonitorointidataan. Tulokset auttavat asettamaan työperäisen altistuksen raja-arvot grafeenimateriaaleille.

Hankkeen vastuuhenkilö

Julia Catalan Rodriguez

Tiedote

Energiantuotannossa ja -varastoinnissa käytettävien grafeeniperäisten nanomateriaalien vaaranarvio

Tiivistelmä

Grafeenipohjaiset materiaalit (GPM) ovat lupaavia materiaaleja energiasovelluksiin. Niiden ainutlaatuiset fysikaalis-kemialliset (FK) ominaisuudet voivat kuitenkin saada aikaan uusia biologisia vaikutuksia, mikä herättää huolta ihmisten terveydestä ja turvallisuudesta. Hankkeessa käytimme nanomateriaaleille sovellettuja toksisuustestausmenetelmiä 9 GPM:in arviointiin in vitro -keuhkosoluviljelmissä. Tuloksemme viittaavat siihen, että GPM:ien solumyrkyllisyys ja genotoksisuus riippuvat niiden tuotantoprosessista ja FK-ominaisuuksista. Toksisuuteen näyttävät vaikuttavan materiaalin hapetusluku ja kerrosten lukumäärä mutta ei sen lateraalinen koko. Nämä tulokset voivat auttaa kehittämään uusia suunnittelultaan turvallisempia GPM:eja.

Lähtökohdat

GPM:eja käytetään laajasti energiasovelluksissa. Aiemmat tulokset kuitenkin kielivät niiden fysikaalis-kemiallisilla (FK) ominaisuuksilla olevan yhteyttä materiaalien toksiseen vasteeseen. Olemme karakterisoineet GPM:ien vaaroja i) arvioimalla GPM:ien solumyrkyllisyyttä ihmisen keuhkoputken soluja kohtaan sovellettuja toksisuustestausmenetelmiä käyttäen, ii) selvittämällä siihen liittyvät vaikutusmekanismit ja iii) tutkimalla, mitkä FK-ominaisuudet voisivat vaikuttaa toksiseen vasteeseen.

Aineisto

Saimme yhteensä 9 materiaalia yhteistyöyrityksiltä. Jauhettua ja veteen dispergoitua grafeenioksidia (GO ja wdGO) ja sen kemiallisesti pelkistettyä muotoa (rGO) käytettiin kemiallisen pelkistyksen ja formuloinnin vaikutusten tutkimiseen. Toisen yrityksen toimittamasta kuudesta materiaalista rGO1–rGO4 erosivat vain hiili–happipitoisuudessa (C/O), kun taas rGO5:tä ja rGO6:ta erotti niiden lateraalinen koko ja kerrosten lukumäärä, vaikka niillä oli samanlainen C/O-pitoisuus kuin rGO1:lla.

Menetelmät

Primaaristen vaikutusten toksisuusarviointi tehtiin ihmisen keuhkoputkien epiteelisoluilla 16HBE14o-. GPM:eja arvioitiin soluunoton, solumyrkyllisyyden, solunsisäisten reaktiivisten happilajien (ROS) muodostumisen, tulehdusvasteen ja genotoksisuuden (DNA-juosteen katkeaminen ja mikrotumat) perusteella eri aikapisteissä. Lisäksi GPM:eilla käsiteltyjen keuhkoputkisolujen makrofageihin kohdistamia sekundaarisia toksisia vaikutuksia arvioitiin GO:n, wdGO:n ja niitä vastaavien rGO:iden suhteen.

Tulokset ja johtopäätökset

GO:n pelkistäminen lisää sen solumyrkyllisyyttä, kun taas rGO:iden kohdalla, vaikka suoraa korrelaatiota ei havaittu, korkeampi happipitoisuus ja kerrosten lukumäärä linkittyy korkeampaan solumyrkyllisyyteen ja varhaiseen ROS:in syntymiseen. Lisäksi happitiheydeltään pienimmällä rGO:lla havaittiin olevan genotoksisia vaikutuksia. Lateraalisella koolla näyttää olevan vaikutusta. Näin ollen GPM:ien solumyrkyllisyys ja genotoksisuus riippuu niiden tuotantoprosessista ja FK-ominaisuuksista.

Uutuusarvo ja sovellettavuus

GPM:ien kanssa käytetyt sovelletut toksisuustestausmenetelmät voisivat sopia myös muiden kehittyneiden materiaalien testaukseen. Havaintomme FK-ominaisuuksien vaikutuksista voivat auttaa kehittämään turvallisempia GPM:eja. Koska saatavilla on rajoitetusti aineistoa ilman GPM-pitoisuuksista ja ihmisen biomonitoroinnista, työperäisen altistuksen raja-arvoja ei voida määrittää. Työterveyslaitoksen toimittamassa tiedotteessa on kuitenkin annettu suosituksia turvalliseen työskentelyyn GPM:ien kanssa.

Aineisto

Marco Pelin, Adriana Rodríguez-Garraus, Clara Passerino, Mari Venäläinen, Michela Carlin, Gerard Vales, Silvio Sosa, Satu Suhonen, Cristina Ponti, Kukka Aimonen, Josefa Domenech, Aurelia Tubaro, and Julia Catalán . Hazard characterization of graphene-based nanomaterials in energy production and storage (GrapHazard). Loppuraportti. Department of Life Sciences, University of Trieste, Finnish Institute of Occupational Health. 2023.
ISBN 978-952-391-136-9 (PDF) Avaa

Julkaisuluettelo Avaa

Julkaisuluettelo Avaa

Factsheet Avaa