Supersmå nanomaterialer er klar til at revolutionere vores teknologier. Hvad de ellers kan gøre ved os: ingen ved rigtigt.

Hver tidsalder har sine vidunderlige materialer. For victorianerne var det gummi. I det 20. århundrede var det plastik. Og for den digitaliserede 21^st århundrede, kan det godt vise sig at være grafen.

Har du hørt om grafen? Hvis ikke, vil du snart. Det er et af de nyeste nanoskalerede materialer, der er dukket op fra vores laboratorier - og som New York Times for nylig annonceret, "det forventes at ændre næsten alle aspekter af livet."

Hver dag lærer forskere nye ting om dette fantastiske nanomateriale. Men ikke alt, hvad de lærer om det, er en grund til uhæmmet optimisme. Ligesom andre vidundermaterialer fra fortiden kan grafen vise sig ikke at være helt så vidunderligt.

Hvad er Graphene?

Grafen er afledt af grafit, det samme kulstofbaserede stof, som vi putter i blyanter. Men der er intet fælles om grafen. Dens atomer er forbundet i det tyndeste tænkelige lag: et honeycomb-gitter, der kun er et atom tykt.

Et ark grafen er faktisk så tyndt, at ifølge American Chemical Society kunne en ounce af det dække 28 fodboldbaner; et lille stykke er så let, at du kan balancere det på en tusindfryd uden at bøje kronbladene. Det er også (ikke tilfældigt) stærkere end stål, hårdere end diamanter og mere ledende end kobber eller silicium – udover at det er vandtæt, gennemsigtigt og utroligt bøjeligt.

Du ville med andre ord være hårdt presset for at finde et andet materiale fyldt med så mange nyttige egenskaber. Ikke underligt, at forskere på tværs af en lang række industrier kæmper for at bringe grafen ud af vores laboratorier og ind i vores liv. Salget, som lå på lige under 9 millioner dollars i 2012, forventes at springe 14 gange til 126 millioner dollars i 2020, ifølge Lux Research, et firma, der analyserer nye teknologier.

Grunde til at være på vagt i betragtning af fortidens lektioner

Tekniske eksperter forudsiger, at grafen kan forvandle en bred vifte af forbrugerprodukter, fra kondomer til computere til kemiske sensorer. “5 grunde til, at grafen vil ændre dine gadgets for altid", buldrede NBC News med en liste, der foreslog en fremtid fyldt med papirtynde smartphones, fleksible computerskærme, medicinsk udstyr, der kan "tale" til menneskelige celler, og super-langtidsholdbare batterier.

Graphene's ivrige mestre hævder, at det kunne bruges til at lave stærkere og mere lette biler, langt mere effektive solceller, endda syntetisk blod.

Den uforskammede hype har en velkendt klang over sig - og den lokker os til at være på vagt i betragtning af fortidens erfaringer. Asbest blev engang udråbt som "det magiske mineral" for dets evne til at modstå flammer; først senere opdagede vi, at det faktisk er et dræberstøv.

Samme historie med DDT, som viste sig intenst skadeligt ikke kun for de sygdomsbærende myg, det var beregnet til at dræbe, men også for dyreliv (især fugle) og mennesker; med vinyl, hvilket i sidste ende viste sig at være en væsentlig hormonforstyrrende stof; eller med den ikke-biologisk nedbrydelige polyethylenfilm, der er antændt utallige ban-the-bag-kørsler. Hver blev ivrig omfavnet og blev meget brugt, før vi opdagede, at den havde en mørk, farlig side.

Collingridge-dilemmaet

Der er faktisk en betegnelse for dette fænomen, jeg lærte for nylig: Collingridge-dilemmaet. Opkaldt efter David Collingridge, den ellers obskure britiske professor, der første gang postulerede det i en bog fra 1980, anerkender det vanskeligheden ved at forudsige de negative virkninger af en ny teknologi, indtil den teknologi er blevet meget brugt - på hvilket tidspunkt, selvfølgelig, det bliver så meget sværere at tage fat på disse negative ting og påtvinge passende løsninger. Eller som Collingridge selv sagde det Den sociale kontrol af teknologi,

”Når forandring er let, kan behovet for det ikke forudses; Når behovet for forandring er tydeligt, er forandring blevet dyrt, vanskeligt og tidskrævende.”

Hvilket kan forklare, hvorfor forskere, når det kommer til nanomaterialer, forsøger at komme foran kurven. En række forskningsprogrammer er opstået for at studere de problemer, som nanoteknologien udgør. For eksempel har både Environmental Protection Agency og National Science Foundation siden 2008 hældt titusindvis af millioner af dollars ind i et fælles program ved University of California Los Angeles og Duke University kendt som Center for miljømæssige konsekvenser af nanoteknologi (CEIN).

Forskere forfølger den slags spørgsmål, som tidligere ofte ikke blev stillet, før det ville have været for sent at tage fat på eventuelle alvorlige problemer, der opstod fra svarene. Kan disse nye materialer trænge ind i vores miljø? Hvad sker der, hvis de gør det? Hvordan interagerer de med forskellige planter og organismer? Har de toksiske virkninger?

Disse forskere har blandt andet testet forskellige nanomaterialer i menneske- og dyreceller, observeret deres virkninger i forsøgsdyr, studeret, hvordan de opfører sig i jord og vand, og analyseret tilstrækkeligheden af ​​eksisterende love vedrørende deres kontrol og regulering. Takket være en sådan indsats, "har vi genereret langt flere data, end jeg nogensinde troede, vi ville gøre for syv år siden," siger Andrew Maynard, direktør for University of Michigan Risk Science Center, som længe har advaret om behovet for bedre tilsyn med nanoteknologi. Der er stadig mange vigtige ubesvarede spørgsmål, siger han, men "vi begynder at få styr på, hvad der virkelig er bekymrende, og hvad der ikke er helt så bekymrende."

Farlighed kan antage mange former

Til at begynde med bliver det mere og mere klart, at nogle typer nanomaterialer udgør små miljø- eller folkesundhedsrisici, nogle udgør mere, og nogle - især de nyere - er stadig grundlæggende spørgsmålstegn. Den mest farlige af dem ser ud til at være visse nanomaterialer afledt af sølv, kobber eller zink - som alle let opløses i vand såvel som celler og frigiver giftige metaller, mens de gør det. Men farlighed kan antage mange former.

Den særlige morfologi af et nanomateriale gør en stor forskel. Nogle (inklusive grafen) har skarpe kanter, der kan skære gennem cellevægge. Nålelignende kulstofnanorør kan virke meget som asbest, når de indåndes, hvilket i høj grad skader lungevæv.

Som det seneste nano-vidunder, der ramte scenen, er grafen først nu lige begyndt at tiltrække forskernes opmærksomhed. Og de første resultater har allerede vist nogle bekymrende tegn, der understreger, hvor vigtige disse tidlige undersøgelser kan være. I en 2013 undersøgelseingeniører fra Brown University fandt for eksempel ud af, at grafenplader med skarpe kanter kunne punktere – og muligvis trænge ind – menneskelige hud-, lunge- og immunceller.

Kan vi lancere grafenrevolutionen uden at bringe vores sundhed eller miljøet i fare?

In en anden nylig undersøgelseCEIN-tilknyttede videnskabsmænd ved University of California-Riverside fandt ud af, at grafenoxid-nanopartikler udviste en bekymrende miljømæssig persistens i visse akvatiske omgivelser. I en simulering af en akvifer syntes de at synke ned i sedimentet, hvor de sandsynligvis ville nedbrydes biologisk. Men i simuleringen af ​​overfladevand, såsom en sø eller å, havde partiklerne en tendens til at glom på døde blade og andet organisk materiale. De svævede i vandsøjlen og var så meget mere tilbøjelige til at blive absorberet af vandlevende mikrodyr – eller at komme ind i vores vandforsyning.

Men der skal selvfølgelig skelnes mellem potentielle risici og faktiske farer. Som Sharon Walker, en af ​​forfatterne af UC-Riverside-undersøgelsen, fortalte mig,

"...vi ønsker ikke at hejse røde flag så meget som at informere folk, så røde flag ikke have at blive opdraget."

Sådanne undersøgelser giver producenter og politiske beslutningstagere en tidlig – og uhyre værdifuld – mulighed for at finde ud af måder at lancere grafenrevolutionen på uden at bringe vores sundhed eller miljøet i fare.

Jeg forestiller mig, at David Collingridge ville blive glad.

Denne artikel blev oprindeligt vist i På jorden

Om forfatteren

Susan Freinkel er forfatter til Plastik: En giftig kærlighedshistorie , American Chestnut: Et perfekt træs liv, død og genfødsel. Hun har også skrevet for New York Times, Discover, Smithsonian, Mindful og andre publikationer. Hendes interesser spænder vidt: Hun har dækket historier lige fra kogalskab til en vitaminbehandling for bipolar lidelse, fra adoption til sagen om zoologiske haver til søgen efter at udvikle en blå rose. En historie om en sygdom, der plager californiske egetræer, førte til hendes første bog, American Chestnut: The Life, Death and Genfødsel af et perfekt træ. Den vandt en National Outdoor Book Award i 2008. Efter at have fordybet sig i den naturlige verden for den bog, vendte hun sin opmærksomhed mod den unaturlige verden til sin næste bog, Plastik: En giftig kærlighedshistorie.

Anbefalet bog: 

Plastik: En giftig kærlighedshistorie
af Susan Freinkel.

Plast byggede den moderne verden. Hvor ville vi være uden cykelhjelme, baggies, tandbørster og pacemakere? Men et århundrede ind i vores kærlighedsaffære med plastik begynder vi at indse, at det ikke er et så sundt forhold. Plast trækker på svindende fossile brændstoffer, udvask skadelige kemikalier, strø landskaber og ødelægger havlivet. Som journalist Susan Freinkel påpeger i denne engagerende og iøjnefaldende bog, nærmer vi os et krisepunkt. Vi drukner i tingene, og vi skal begynde at træffe nogle hårde valg. Forfatteren giver os de værktøjer, vi har brug for, med en blanding af livlige anekdoter og analyse. Plast peger vejen mod et nyt kreativt partnerskab med det materiale, vi elsker at hade, men som vi ikke synes at leve uden.

Klik her for mere info og / eller for at bestille denne bog på Amazon.