El grafeno es un material artificial basado en el carbono (C), al igual que otros elementos naturales como los rígidosdiamantes o el frágilgrafito de los lápices, pero con características muy innovadoras. Es un material bidimensional (de tan sólo un átomo de grosor), que a nivel molecular posee una estructura de hexágonos donde los átomos de carbono se mantienen unidos con una increíble energía de enlaces covalentes. Fue descubierto en la Universidad de Manchester en el 2004 y es 200 veces más resistente que una capa de acero del mismo espesor.

Por tener una estructura plana con un grosor inferior a 100 nanómetros (1 nm = 0.000001 mm) es considerado un nanomaterial. Resulta flexible, elástico, impermeable y transparente, además de ser muy ligero. Con una densidad similar a la fibra de carbono, una lámina de 1 metro cuadrado pesa tan sólo 0.77 miligramos. Es muy buen conductor eléctrico y térmico; puede resistir radiación ionizante y proteger otros materiales o capaz de reaccionar a ellos. Es un material único. Aun hoy, no es posible definir la totalidad de sus aplicaciones; de acuerdo con el Instituto Mexicano del Grafeno (IMG), se estima que sólo conocemos el 1% de las de ellas. Se investiga y experimenta con éste internacionalmente, desde muy diversas áreas, para producirlo fácilmente a escala industrial y con procesos estables.

Las cualidades mecánicas, eléctricas y químicas del grafeno son la causa de que cientos de grupos de investigación, de diferentes disciplinas, trabajen en la manipulación del nanomaterial alrededor del mundo.

En 2018, se anunció desde España la formación de grafeno con un proceso funcional y aparentemente no tóxico a partir de reacciones con azúcar, lo que permitió introducir grafeno en cultivos y se continuó analizando que el grafeno no resulte tóxico en usos médicos para los tejidos vivos. Ya desde el 2013 la Comisión Europea había destinado millones de euros para la investigación del grafeno hasta 2023. Entretanto, se vinculó al Programa de Investigación e Innovación de la Unión Europea “Horizonte 2020”. Resultado de lo anterior, en enero de 2019 el Instituto de Microelectrónica de Barcelona y el Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología (ICN2), en colaboración con otras instituciones españolas y europeas, presentaron un implante que monitorea la actividad cerebral que no podía detectarse con los habituales electrodos. Gracias a ello, se podrá comprender aún más el funcionamiento del cerebro y diseñar interfaces cerebro-ordenador o dar tratamiento a discapacidades y enfermedades cognitivas en los centros más avanzados de investigación.

Aunque el uso de grafeno parece resultar tóxico para las células vivas y sanas del organismo humano, la funcionalización o combinación de éste con otros compuestos, permitiría el uso de sus beneficios para los implementos médicos. Por ejemplo, en la India, y dada la diversidad de aplicaciones, se busca generar impresiones no tóxicas en 3D con grafeno, precisamente para producir instrumentación médica. En la universidad estadunidense de Brown, Rhode Island, se anunció la creación de una aleación de alginato y óxido de grafeno para este tipo de impresión, en noviembre de 2018. En el Reino Unido, la Universidad de Exeter desarrolló fibras electrónicas con grafeno que podrían usarse incluso en ropa. Sólo por dar algunos ejemplos de implementación.

“Los países asiáticos como Indonesia, Corea del Sur, Japón, Taiwán, China y la región de Norteamérica son los mayores productores y consumidores de nanocomponentes de grafeno, en términos de volumen, para distintas industrias e investigación científica.”(Digital Journal, 2019)

En México, actualmente distintas universidades y centros de investigación abordaron el grafeno. Por ejemplo, el Instituto Mexicano del Grafeno (IMG) S.A.P.I de C.V., una asociación de investigadores y empresarios en la región Tijuana-San Diego, que busca el desarrollo de este material y sus aplicaciones. Se ha implementado en el país grafeno en productos de Graphenano Technologies-NANOMEX, empresa asociada del IMG, que en 2017 dispuso en el mercado mexicano prótesis dentales reforzadas con grafeno y producidas en España. Por otro lado, la empresa Graphenemex consiguió desarrollar aditivos para concreto y asfaltado con laboratorios de primera calidad en México y producir grafeno de manera más económica, como empresa líder en toda Latinoamérica.

Incluso fuera del tema de la biomedicina, el tema del grafeno ha sido abordado por instituciones reconocidas. Son los casos del Laboratorio Nacional de Materiales Grafénicos del Centro de Investigaciones en Química Aplicada (CIQA) del Conacyt, donde se investiga sobre la producción industrial de dicho material; del Centro de Investigaciones en Óptica (CIO), donde se investigó el uso de grafeno para crear celdas fotovoltaicas orgánicas; en el Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Electroquímica (Cideteq) se trabajó con grafeno modificado para utilizarlo en celdas fotoelectroquímicas, y el Centro de Investigación en Materiales Avanzados (Cimav) en Chihuahua, para hacer compuestos que bloqueen las radiaciones electromagnéticas.

Eden Morales Narváez, investigador y profesor del CIO, acaba de publicar una visión crítica sobre el uso de Grafeno Oxidado en biosensores en colaboración con el Prof. Arben Merkoçi del Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología, España. El artículo titulado “Graphene Oxide as anOpticalBiosensingPlatform: a ProgressReport” se publicó recientemente en la prestigiosa revista Advanced Materials.

Gracias a que el grafeno es un material compuesto por una sola capa de átomos de carbono, organizados en un entramado tipo panal de abeja, y a su naturaleza ultrafina, altamente ligera, resistente y conductora, se le conoce como el material milagro.

El grafeno oxidado es una forma de grafeno que contiene varios grupos funcionales con oxígeno. Los autores enfatizan el descubrimiento progresivo de las ventajosas propiedades fisicoquímicas que presenta este material como plataforma que facilita el ventajoso análisis de sustancias de interés clínicamente relevante. Después de cubrir importantes ejemplos detallados en la literatura, los autores discuten el futuro de este tipo de dispositivos, subrayando distintos retos y oportunidades en esta temática, tales como la sensibilidad y la especificidad clínicas, así como la estandarización de estas nuevas tecnologías en usos clínicos.

Adicionalmente, esta aportación explica que el grafeno oxidado también puede ser utilizado como plataforma bioanalítica no sólo en sistemas de diagnóstico sino también en sistemas de monitoreo del medio ambiente y control de calidad de alimentos. El CIO ya se encuentra desarrollando este tipo de plataformas, sus artículos se pueden consultar mediante los siguientes enlaces:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201805043

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/adom.201800548.