“石墨烯旗舰”倡议调查了石墨烯(蓝色)及相关材料对健康和环境的影响。彩色扫描电子显微镜。来源:电子探针
欧盟有史以来最大的研究项目已经成功结束:石墨烯旗舰项目正式成立包括在去年年底。Empa的研究人员也参与其中，比如分子生物学家Peter Wick，他是健康与环境研究所的一员政府工作包从一开始-并刚刚总结了这一领域的研究结果与国际Nal同事在专家期刊上发表了一篇综合评论文章ACS Nano．
认为大。尽管这是一个研究课题，但这很可能是2013年启动的石墨烯旗舰项目的座右铭:它的总预算为10亿欧元，是迄今为止欧洲最大的研究项目，与同期启动的人脑旗舰项目不相上下。这同样适用于关于石墨烯及相关材料对健康和环境影响的评论文章，Empa的研究人员Peter Wick和Tina brki刚刚与30位国际同事一起在科学杂志ACS Nano上发表了这篇文章;在57页的报告中，他们总结了关于石墨烯材料的健康和生态风险的研究结果，参考文献列表包括近500份原始出版物。
丰富的知识——这也给了所有的清除。“我们已经研究了各种石墨烯和石墨烯样材料对肺部、胃肠道和胎盘的潜在急性影响，在任何一项研究中都没有观察到严重的急性细胞损伤作用，”维克总结结果时说。虽然应激反应肯定会在肺细胞中发生，但组织恢复得相当快。然而，威克指出，一些较新的二维材料，如氮化硼、过渡金属二硫族化合物、磷光烯和MXenes(见信息框)还没有得到太多的研究;这里需要进一步的调查。
在他们的分析中，威克和他的公司并没有局限于新生产的类石墨烯材料，他们还研究了含石墨烯材料的各种应用的整个生命周期。换句话说，他们调查了这样的问题:当这些材料被磨损或燃烧时会发生什么?是否会释放出石墨烯颗粒，这些细尘是否会损害细胞、组织或环境?
举个例子:在聚合物中加入百分之几的石墨烯，如环氧树脂或聚酰胺，可以显著改善材料的性能，如机械稳定性或导电性，但磨损颗粒不会对被测试的细胞和组织产生任何石墨烯特有的纳米毒性效应。即使在旗舰项目结束后，威克的团队也将能够继续这项研究，这也要感谢欧盟作为所谓的先锋项目的一部分提供的资金，威克是该项目的副负责人。
除了Wick的团队之外，由Bernd Nowack领导的Empa研究人员还将物质流分析作为石墨烯旗舰项目的一部分来计算含有石墨烯的材料对未来环境的潜在影响，并模拟了哪些生态系统可能受到影响以及影响程度。Roland Hischier的团队，与Empa技术与社会实验室的Nowack的团队一样，使用生命周期评估来调查不同生产方法的环境可持续性，以及各种含石墨烯材料的应用实例。来自Empa nanotech@surfaces实验室的Roman Fasel团队已经推进了基于窄石墨烯带的电子元件的开发。
“石墨烯旗舰”计划在数量上。来源:电子探针
欧洲研究和创新的成功故事
石墨烯旗舰项目于2013年启动，代表了一种全新的联合、协调研究形式，规模空前。这个大型项目的目标是将研究机构和工业界的研究人员聚集在一起，在十年内将基于石墨烯的实际应用从实验室推向市场，从而在关键技术方面为欧洲创造经济增长、新的就业机会和新的机遇。在其十年的生命周期中，该联盟由23个国家的150多个学术和工业研究团队以及众多关联成员组成。
去年9月，为期十年的资助期在瑞典哥德堡的石墨烯周结束。最终报告令人印象深刻地展示了这个雄心勃勃的大型项目的成功:旗舰号“产生”了近5000份科学出版物和80多项专利。它在石墨烯领域创建了17个分拆公司，共筹集了超过1.3亿欧元的风险资本。根据德国经济研究所WifOR的一项研究，石墨烯旗舰项目为参与国带来了约59亿欧元的总增加值，并在欧洲创造了8万多个新就业岗位。这意味着石墨烯旗舰项目的影响比较短的欧盟项目大10倍以上。
Empa研究员Peter Wick从一开始就参与了“健康与环境工作包”。来源:电子探针
在项目过程中，Empa总共获得了大约300万瑞士法郎的资金——这产生了“催化”效应，正如Peter Wick所强调的那样:“在过去的五年里，我们通过总计约550万瑞士法郎的后续项目，包括进一步的欧盟项目、瑞士国家科学基金会(SNSF)资助的项目以及与我们的工业伙伴的直接合作项目，大约增加了两倍。”
一方面，它带来了许多新的合作和项目的想法。另一方面，与国际合作伙伴在这么长一段时间内的合作有着完全不同的品质，我们几乎是盲目地相互信任;这样一个协调良好的团队会更有效率，产生更好的科学成果，”威克确信。最后但并非最不重要的是，许多个人的友谊。
一个新的维度:石墨烯和其他二维材料
石墨烯是一种非常有前途的材料。它由单层碳原子组成，排列成蜂窝状，具有非凡的性能:卓越的机械强度，柔韧性，透明度，以及出色的导热性和导电性。如果已经是二维的材料在空间上受到更大的限制，比如被限制在一条窄带中，就可以产生可控的量子效应。这可以实现广泛的应用，从车辆制造和能量存储到量子计算。
很长一段时间，这种“神奇的材料”只存在于理论上。直到2004年，曼彻斯特大学的物理学家Konstantin Novoselov和Andre Geim才能够专门生产和表征石墨烯。为了做到这一点，研究人员用一条胶带去除石墨层，直到它们的薄片只有一个原子厚。他们因此在2010年获得了诺贝尔物理学奖。
从那时起，石墨烯一直是深入研究的主题。与此同时，研究人员发现了更多的二维材料，如石墨烯衍生的石墨烯酸、氧化石墨烯和氰化石墨烯，这些材料可能在医学上有应用。研究人员希望使用无机二维材料，如氮化硼或MXenes，来制造更强大的电池，开发电子元件，或改进其他材料。
参考文献:"石墨烯和其他二维材料对环境和健康的影响:《石墨烯旗舰视角》作者:Hazel Lin, Tina Buerki-Thurnherr, Jasreen Kaur, Peter Wick, Marco Pelin, Aurelia Tubaro, Fabio Candotto Carniel, Mauro Tretiach, Emmanuel Flahaut, Daniel Iglesias, Ester Vázquez, Giada Cellot, Laura Ballerini, Valentina Castagnola, Fabio Benfenati, Andrea Armirotti, Antoine Sallustrau, fracimd
Taran, Mathilde Keck, cyril Bussy, Sandra Vranic, Kostas Kostarelos, Mona Connolly, jos
Maria Navas, Florence Mouchet, laurie Gauthier, James Baker，Blanca Suarez-Merino, Tomi Kanerva, Maurizio Prato, Bengt Fadeel和Alberto Bianco, 2024年2月13日，ACS Nano。DOI: 10.1021 / acsnano.3c09699
