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En raison de ses propriétés exceptionnelles, le graphène est aujourd'hui ajouté à un grand nombre de matières plastiques. Ce matériau à base de carbone améliore par exemple la conductivité et la stabilité des matériaux composites. Les scientifiques de l'Empa mènent actuellement plusieurs études sur les risques pour la santé de ces matériaux composites relativement nouveaux. Les plus récentes portent sur les résidus de nanoplaquettes de graphène qui peuvent se former après la combustion des matériaux composites dans les usines d'incinération des ordures ménagères ou lors d'un incendie accidentel.
Un modèle de poumon proche de la réalité dans la boîte de Pétri
Comme les particules de graphène entrent le plus souvent en contact avec l'organisme humain par les voies respiratoires, les chercheuses et chercheurs ont utilisé le modèle de poumon en 3D développé à l'Empa avec des cultures cellulaires pour les tests de toxicité. L'équipe de Peter Wick du laboratoire Particles-Biology Interactions de l'Empa à Saint-Gall a exposé des cellules pulmonaires à des résidus de combustion de matériaux composites contenant des nanoplaquettes de graphène. Afin de pouvoir estimer de manière aussi réaliste que possible la quantité de particules de graphène à laquelle les êtres humains sont généralement exposés, une équipe dirigée par Jing Wang du laboratoire Advanced Analytical Technologies de l'Empa a examiné et quantifié les résidus de combustion des matériaux composites à base de graphène. Des scientifiques du laboratoire Advanced Fibers de l'Empa ont également participé à ce projet interdisciplinaire.
Pas de dommages aigus
Sur la base de ces données, l'équipe a soumis le modèle pulmonaire 3D à des conditions proches de la réalité, ce qui a permis de faire des prédictions sur la toxicité aiguë des nanoplaquettes de graphène après la combustion. Les résultats ont montré que, bien que les résidus de combustion des résines plastiques sans graphène déclenchent des réactions déjà connues qui indiquent un risque pour la santé, il n'y a pas de risque pour la santé humaine. Mais après le contact avec les résidus des nanoplaquettes de graphène, il n'y a pas eu d'indices de lésions aiguës des cellules pulmonaires, comme par exemple des réactions inflammatoires, un stress oxydatif ou la mort de cellules.
Dans une étude précédente, les scientifiques de l'Empa avaient déjà pu montrer que les risques pour la santé liés à la poussière de graphène produite par l'abrasion des composites polymères étaient négligeables. Les effets d'une exposition prolongée aux nanoparticules de graphène doivent maintenant être examinés dans le cadre d'études à plus long terme.