گرافن، نانوماده‌ای با خواص فراوان زیستی

گرافیت نیز مانند الماس یکی از آلوتروپ‌ها یا دگرشکل‌های کربن است. در آن هر کربن به سه کربن دیگر با پیوندی قوی وصل شده‌اند و یک شبکه با خانه‌های شش‌ضلعی، مانند توری، ایجاد می‌کنند. هر کربن در این ورقه‌های توری‌شکل با پیوندی ضعیف به کربنی دیگر که بالای سرش قرار دارد وصل می‌شود.

بنابراین گرافیت لایه‌هایی از کربن است که به دلیل پیوند ضعیفی که هر لایه با لایه بالایی دارد، در آن لایه‌ها نسبت به هم حالت لغزندگی دارند. گرافیت نرم است و به همین دلیل از آن در مغز مداد استفاده می‌شود. اگر یکی از این ورقه‌های گرافیت را به تنهایی در نظر بگیریم به آن گرافن می‌گویند که خواص جالب توجهی از خود نشان می‌دهد.

ماده‌ای با توانایی‌های خاص زیستی

گرافن یک نانوماده جدید دوبعدی متشکل از اتم‌های کربن خالص است که آن را دگرشکل یا آلوتروپ دوبعدی کربن می‌دانند. این ترکیب دارای خواص الکترونیکی، نوری، حرارتی و مکانیکی فوق‌العاده‌ای است. تحقیقات فشرده‌ای که در برنامه‌های زیستی با استفاده از گرافن و مشتقات آن انجام شده است نشان می‌دهد با توجه به خواص شگفت‌انگیزی که در گرافن وجود دارد، مثل رسانایی الکتریکی استثنایی، رسانایی حرارتی فوق‌العاده، مقاومت مکانیکی و سطح بسیار بالای گرافن (که موجب خواص بسیار مهمی در این ماده می‌شود مثل قدرت بالای اتصال مواد به آن) می‌توان آن را به عنوان ماده‌ای خاص، کاربردی و فوق‌العاده در حوزه شیمی و پزشکی دانست. از استفاده‌های گرافن در برنامه‌های گسترده زیست‌پزشکی می‌توان تحویل ژن‌ها و داروها، سنجش‌های زیستی، تصویربرداری، استفاده در مواد ضدباکتری و... را نام برد.

تاکسی دارو‌ها

یکی از کاربردهای گرافن استفاده از آن در مقام حامل مناسب دارویی است. وقتی گرافیت تحت اکسایش (اکسیداسیون) شدید قرار می‌گیرد مشتقی از گرافن حاصل می‌شود که می‌تواند داروها و ژن‌ها را به مواضع مورد نظر انتقال بدهد و این موضوع در دارورسانی برای بسیاری از بیماری‌ها که جذب دارو در اندام هدف با مشکل مواجه است بسیار کارآمد محسوب می‌شود. به این ترتیب که دارو جذب گرافن می‌شود و در اندام بیمار از گرافن جدا ​و وارد هدف می‌شود. این موضوع بخصوص در درمان سرطان برای غلبه بر مقاومت دارویی سلول‌های سرطانی بسیار حائز اهمیت است. از این نوع گرافن به عنوان حامل نانو برای بارگیری و کنترل و تحویل داروهای شیمیایی مخلوط در اندام هدف نیز استفاده شده است. در یک مطالعه دو داروی ضدتومور دوکسروبیسین و کامپتوتسین با اسیدفولیک مخلوط شدند و به این نوع از گرافن متصل شدند و اثر آنها روی سرطان پستان بررسی شد که نتیجه‌اش رضایت‌بخش بوده است. این‌گونه بررسی‌های گرافن در مقام حامل دارو احتمالا می‌تواند در کاهش عوارض نامطلوب داروهای شیمی‌درمانی نیز موثر باشد. مشکل اساسی بسیاری از داروهای شیمی‌درمانی زهرناکی یا سمی بودن بالای آنهاست. البته این موضوع باعث می‌شود ​ سلول‌های بیمار به سرعت نابود شوند، اما به علت پخش دارو در بدن سلول‌های سالم را نیز از بین می‌برد و عوارض نامطلوبی مثل ریزش مو و مشکلات قلبی ایجاد می‌شود. گاهی تحمل این عوارض سختی تحمل سرطان را چندبرابر می‌کند، اما چنانچه دارو به کمک اتصال به گرافن فقط وارد اندام هدف شود و فعالیت سلول‌های سرطانی آن بخش را مختل کند، احتمالا روی سلول‌های سالم اثر کمتری می‌گذارد و باعث نابودی آنها نمی‌شود و عوارض نامطلوب داروهای شیمی‌درمانی کمتر بروز می‌کند. از این منظر استفاده از گرافن جذابیت زیادی برای محققان حوزه سرطان دارد. علاوه بر این که گرافن و مشتقات آن ممکن است حامل‌های دارویی مناسبی باشند، می‌توانند در مقام حسگر‌های زیستی نیز مطالعه شوند. در واقع گرافن را ترکیبی می‌دانند که می‌تواند ملکول‌های زیستی را (از​جمله اسیدهای آمینه که ماده سازنده پروتئین‌ها هستند یا دوپامین که یک هورمون مغزی است و در ایجاد احساس شادی اثرگذار است) ​ردیابی کند.

حلال مشکل آلودگی‌های باکتریایی

علاوه بر استفاده از گرافن در داروسازی و دارورسانی از آن خواص جالب دیگری نیز گزارش کرده‌اند که می‌تواند کاربرد آن را در حوزه بهداشت و پزشکی افزایش دهد. از آنجا که در حوزه پزشکی آلودگی میکروبی آب آشامیدنی مشکل زیست‌محیطی بزرگی است که در سراسر جهان تهدیدی بزرگ برای سلامت انسان​ها محسوب می‌شود، از دیرباز مطالعات زیادی برای حل این مساله انجام شده است. با توجه به خواص منحصربه‌فرد ترکیبات نانو، این مواد نامزدهای مناسبی برای حل مشکل آلودگی‌های باکتریایی آب به حساب می‌آیند. در این بین مطالعات متعدد نشان داده است که گرافن‌ها خواص جالب‌توجهی از خود نشان می‌دهند. در یک مطالعه مشخص شد که گرافن‌ها می‌توانند باکتری‌های داخل آب آشامیدنی (مثل باکتری اشرشیا کلی که موجب عفونت روده می‌شود) را از بین ببرند و سلامت را به آب آشامیدنی برگردانند.

از گرافن حتی می‌توان در بخش‌های دیگری از حوزه درمان، مثل تصویربرداری​ نیز استفاده کرد. بتازگی تحقیقاتی آغاز شده است که به بررسی استفاده از گرافن در تصویربرداری زیستی می‌پردازد. در این مطالعات از روش‌های نوری و مغناطیسی استفاده شده است و تحقیقات در این حوزه ادامه دارد. (ضمیمه سیب)

دکتر مهدیه انتظاری

استادیار شیمی آلی دانشگاه آزاد اسلامی