De ontwikkelingen in de nanotechnologie gaan snel. Onderzoekers en bedrijven zijn steeds beter in staat om nieuwe materialen op nanoschaal te ontwikkelen. Veel van deze nieuwe geavanceerde materialen hebben een 2D-structuur. Een bekend voorbeeld is grafeen (zie elders in deze signaleringsbrief). Maar er worden ook andere materialen ontwikkeld zoals MXenes en γ-grafyn. Deze materialen hebben veelbelovende toepassingen. Maar bestaande testmethoden zijn mogelijk niet geschikt om de veiligheid ervan te bepalen. Daarom is meer onderzoek naar de veiligheid en standaardisering van testmethodes voor 2D-materialen nodig.
MXenes: veel mogelijkheden, maar veiligheid onzeker
MXenes zijn zeer dunne materialen waarvan de 2D-vorm lijkt op die van grafeen. MXenes bestaan uit een combinatie van drie stoffen: een metaal (vaak titaan), koolstof of stikstof en een functionele groep (vaak zuurstof, chloor of fluor). Het zijn dus ingewikkelde materialen waarvan heel veel verschillende typen bestaan.
Deze materialen en hun toepassingen worden nog ontwikkeld. MXenes hebben antibacteriële eigenschappen. Daardoor kan je deze materialen mogelijk gebruiken in waterzuiveringsinstallaties of in medische hulpmiddelen. Omdat ze ook elektronen kunnen geleiden, kijkt men naar mogelijke toepassing in bijvoorbeeld batterijen.
Over de veiligheid van deze materialen is nog maar weinig bekend. Tot nu toe zijn er vooral studies gedaan met cellen in het laboratorium. Uit deze studies blijkt dat de giftigheid van MXenes sterk afhangt van de samenstelling, de vorm, de functionele groep en het celtype. In dit artikel geven onderzoekers een overzicht van het wetenschappelijke onderzoek naar de giftigheid van MXenes.
γ-Grafyn: zo nieuw dat de veiligheid nog niet is onderzocht
γ-Grafyn is een nieuw materiaal. Het is vorig jaar voor het eerst in het laboratorium gemaakt. Dit staat in een wetenschappelijk artikel in het vakblad Nature Synthesis. Net als grafeen bestaat γ-grafyn uit één laagje koolstofatomen. Maar de manier waarom de koolstofatomen aan elkaar vastzitten is anders dan bij grafeen.
Net als grafeen heeft γ-grafyn bijzondere eigenschappen. Zo is het heel sterk en kan het goed elektronen geleiden. Een verschil met grafeen is dat bij y-grafyn je de richting waarmee de elektronen bewegen kan controleren. Hierdoor is het materiaal mogelijk interessant voor verschillende toepassingen zoals in elektronische apparaten.
Omdat dit materiaal pas kort geleden voor het eerst is gemaakt is er nog geen informatie over de mogelijke schadelijke effecten ervan.
Wat vindt het RIVM?
Het RIVM ziet dat er steeds meer 2D-materialen worden ontwikkeld. Daarbij gaat de aandacht eerst uit naar de mogelijke toepassingen. Over de veiligheid van deze materialen is vaak nog maar weinig bekend. Dat komt omdat je eerst moet vaststellen hoe een materiaal er precies uit ziet. Dit heet ook wel identificatie en karakterisering.
Daarnaast moet je weten hoe giftig ze zijn voor mens en milieu. En welke eigenschappen van het materiaal belangrijk zijn voor de giftigheid ervan. Bestaande testmethoden zoals dierproeven of testen in cellen werken echter mogelijk niet voor 2D-materialen.
Het RIVM onderzoekt hoe je 2D-materialen moet karakteriseren en of testmethoden goed werken. Bijvoorbeeld in het Europese onderzoeksproject MACRAMÉ. Als het nodig is kan de OESO (Organisatie voor Economische Samenwerking en Ontwikkeling) testmethoden aanpassen. Dit is eerder gedaan voor simpelere nanomaterialen. Maar dit proces duurt vaak 5-7 jaar.
Aandacht voor de karakterisering nodig
Voor veel nieuwe materialen is het nog niet duidelijk hoe je ze moet karakteriseren. Dit komt omdat ze vaak bijzondere eigenschappen hebben. En omdat er heel veel verschillende typen van zijn. Het is daarom belangrijk dat er afspraken worden gemaakt over wat de beste manier is om een specifiek materiaal te meten. Dit heet ook wel standaardisering van identificatie en karakterisering.
We zien dat het vaak lang duurt voordat deze standaardisering van een nieuw materiaal plaatsvindt. Voor grafeen-gerelateerde materialen is vorig jaar een eerste voorstel gedaan voor de standaardisering gedaan (zie <<link naar brief 2 uit 2022>>). Dit terwijl grafeen al in 2004 ontdekt is en in 2013 de Europese Unie een groot onderzoeksprogramma (EU (Europese Unie) Graphene Flagship) naar grafeen startte. Voor MXenes is er pas onlangs een initiatief gestart.
Testmethoden niet vanzelf geschikt voor 2D-materialen
Het is belangrijk dat testmethoden waarmee je de giftigheid van een materiaal meet ook werken voor 2D-materialen. En dat is nog niet duidelijk. Door hun vorm gedragen 2D-materialen zich mogelijk anders dan andere veel onderzochte nanodeeltjes. Dat kan gevolgen hebben voor de blootstelling aan een materiaal in bijvoorbeeld dierproeven of testen met cellen in het laboratorium. De protocollen voor zulke testmethoden moeten dus mogelijk aangepast en verder gestandaardiseerd worden.
De bijzondere eigenschappen kunnen materiaal onveilig maken
Sommige 2D-materialen kunnen cellen doorprikken. Op die manier zijn ze antibacterieel. Maar dat kan ook betekenen dat ze schade aanrichten aan andere cellen, bijvoorbeeld in de mens. Het is dus belangrijk om het gevaar van deze materialen voor de mens en het milieu goed te onderzoeken.