Los insectos hematófagos como los mosquitos se encuentran entre los transmisores de enfermedades más peligrosos del mundo. Las enfermedades vectoriales, que incluyen malaria, dengue, fiebre amarilla, entre otras, causan más de 700 000 muertes en todo el mundo al año, lo que representa más del 17 % de todas las enfermedades infecciosas a nivel mundial.
Según la Organización Mundial de la Salud, la malaria por sí sola, la cual se transmite por el mosquito Anopheles, mata a 400 000 personas al año, la mayoría de ellos son niños menores de 5 años de edad.
En los Estados Unidos las picaduras de mosquitos pueden transmitir virus como la encefalitis del Nilo Occidental, así como encefalitis de San Luis la Crosse, que en casos inusuales puede ser grave o mortal.
Incluso en el mejor de los casos, cuando la picadura de un mosquito no transmite ninguna enfermedad, la picadura puede ser dolorosa y causar picazón, lo que genera diferentes niveles de molestia dependiendo de la gravedad de la picazón y la cantidad de picaduras.
La prevención es, por lo tanto, un tema importante entre los investigadores, mientras que un nanomaterial conocido como grafeno se encuentra emergiendo como una nueva solución potencial. Sin embargo, como ocurre con la mayoría de las innovaciones tecnológicas, existen riesgos.
¿Qué es el grafeno?
El grafeno es un nanomaterial a base de carbono que ofrece propiedades extraordinarias. Es fabricado con celosías de carbono bidimensionales, las cuales son imperceptibles a simple vista. Sin embargo, el grafeno es increíblemente fuerte: al mostrar una resistencia 10 veces mayor que las láminas de acero en lo que respecta a energía de penetración. Los investigadores confirmaron que el grafeno tiene una "fuerza y rigidez excepcionales" como respuesta a pruebas balísticas miniaturizadas.
El grafeno, a menudo descrito como un "material maravilloso", también es un conductor eficiente de calor y electricidad y cuenta con propiedades antibacterianas. David Bradley, explico al Materials Today lo siguiente:
“El grafeno se ha convertido en objeto de mucha investigación desde que, en el 2004, Andre Geim y Konstantin Novoselov de la Universidad de Manchester, Inglaterra, descubrieron que podían arrancar una tira con la ayude de cinta adhesiva, un portaobjetos de vidrio y un lápiz.
Este material existe como monocapas atómicas independientes de carbono organizadas en el patrón hexagonal de grafito que se asemeja a la tela de alambre, lo que ofrece metáforas útiles para un medio científico interesado en discutir la sustancia. El grafeno es transparente, flexible y muy fuerte y se ha utilizado para crear transistores rápidos".
El grafeno se ha relacionado con una amplia gama de aplicaciones, incluyendo la electrónica (en la creación de pantallas delgadas y flexibles), un mejor almacenamiento de energía (como baterías), la creación de materiales conductores más potentes y como un nuevo agente antibacteriano para usos médicos.
Pero esto es sólo el comienzo. Como se señaló en Nanoethics, “aunque estas aplicaciones son lo suficientemente extraordinarias, también existen expectativas innovadoras aún más revolucionarias que aún no se encuentran conceptualizadas pero que esperan ser descubiertas en un futuro”. Una de ellas puede involucrar un método para alejar a los mosquitos.
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El grafeno puede ayudar a prevenir las picaduras de mosquitos
Investigadores de la Universidad de Brown probaron si el grafeno podría actuar como un repelente de mosquitos libre de químicos. Los participantes metieron la mano en una caja repleta de mosquitos durante cinco minutos, con la piel protegida únicamente con una gasa (una tela penetrable), así como con grafeno y una gasa.
Cuando la piel se encontraba descubierta o cubierta únicamente con una gasa, los participantes recibieron varias picaduras, con un rango de 5 a 20 picaduras durante los cinco minutos. Sin embargo, al utilizar el grafeno, no se recibieron picaduras de mosquitos.
Al comienzo, los investigadores sospecharon que el grafeno actuaría como una barrera mecánica, al evitar que los mosquitos penetraran la piel. Pero resultó que los mosquitos también tendían a evitar la piel cubierta con grafeno, y si se posicionaban sobre ella, no permanecían allí por mucho tiempo.
La autora principal del estudio, Cintia Castillho, Ph. D. estudiante de Brown, explico lo siguiente en un comunicado de prensa:
"Con el grafeno, los mosquitos ni siquiera se posicionaron en la piel, no parecía importarles".
Consideramos que el grafeno podría ser una barrera física para las picaduras, a través de la resistencia a las perforaciones, pero cuando observamos estos experimentos comenzamos a pensar que también es una barrera química que evita que los mosquitos perciban la presencia de las personas”.
De hecho, cuando los investigadores colocaron el sudor humano por fuera de la barrera de grafeno, los mosquitos fueron atraídos hacia ella, lo que sugiere que actúa como una especie de barrera química. Mientras tanto, también actúa como una barrera física, ya que los mosquitos no pueden generar suficiente fuerza como para perforar el material.
Una advertencia importante: esto solo funciona cuando el grafeno se encuentra seco. Cuando la barrera del grafeno estaba húmeda, las simulaciones de la picadura sugieren que los insectos podrían atravesarla. Sin embargo, la forma de grafeno, aquella con menor contenido de oxígeno o rGO, era impenetrable seco o húmedo.
El problema con el rGO es que no es transpirable, por lo que es una opción menos deseable para utilizar en la ropa.
"El GO (grafeno) es transpirable, lo que significa que permite la sudación, mientras que con el rGO es imposible", explico el autor principal del estudio Robert Hurt en un comunicado de prensa.
“Entonces, la manera de incorporar esta tecnología sería encontrar una manera de estabilizar el GO de manera mecánica para mantener su fuerza al estar mojado. Este siguiente paso ofrecería todos los beneficios de la transpirabilidad y la protección contra las picaduras”.
El grafeno ya se utiliza en la ropa
Aunque la ropa recubierta con grafeno aún no se encuentra disponible para las masas, debido al costo, Vollebak lanzó una prenda con grafeno en el 2018. El prototipo experimental, conocido como The Graphene Jacket 1, se agotó en cinco días, incluso con un precio de $ 695 dólares. La "ropa biónica" se consideró como un avance que nunca se había alcanzado. De acuerdo con Vollebak:
“Como descubrieron los físicos del Instituto Max Planck, el grafeno desafía las leyes fundamentales de la conducción del calor, lo que significa que la ropa no solo conducirá el calor del cuerpo a su alrededor para igualar la temperatura de la piel y aumentarla, sino que también puede almacenar teóricamente una cantidad ilimitada de calor, lo que significa que puede funcionar como un radiador.
Y cuando la ropa empieza a conducir calor y electricidad, muchas cosas geniales pueden comenzar a suceder. Significa que en la próxima década la ropa puede comenzar a convertirse en una plataforma de innovación".
La compañía relanzó la chaqueta, al afirmar que esta sería "la segunda y última vez" que se encontraría disponible "antes de que nos sumerjamos nuevamente en la investigación y el desarrollo durante los próximos 2 años". Pero antes de apresurarse a adquirir su propia "prenda de ropa experimental", sé que existen preguntas serias sobre la seguridad del grafeno.
Seguridad del grafeno
Como suele ser el caso con las nuevas tecnologías, las aplicaciones de grafeno están avanzando antes de que se haya completado una investigación adecuada sobre los riesgos. Queda mucha incertidumbre, y eso es parte del problema, pero algunas investigaciones ya han revelado un motivo de preocupación.
En el 2011, los investigadores publicaron un estudio que expresaba la posibilidad de que el grafeno pudiera ser inhalado, lo que representa un riesgo para el sistema respiratorio. Nuevamente en el 2013, en una revisión de los posibles riesgos ambientales y para la salud, los investigadores expresaron su preocupación y declararon lo siguiente:
“Los resultados de este estudio indican que el grafeno podría ejercer una toxicidad considerable y que es posible que en el futuro se produzcan emisiones considerables por medio de los dispositivos electrónicos y materiales compuestos. También se sugiere que el grafeno es persistente e hidrófobo.
Aunque estos resultados indican que el grafeno puede causar efectos adversos para el medio ambiente y la salud, los resultados demuestran que existe una falta de conocimiento relacionada con el riesgo y que deben estudiarse las emisiones de grafeno, así como su destino en el medio ambiente y su toxicidad más a fondo".
Se ha sugerido que el grafeno puede ingresar a las células a través de la "penetración de la membrana espontánea", y la investigación es todo un desafío, ya que no todos los materiales a base de grafeno son similares.
Algunos pueden tener múltiples capas, otros solo una, y la relación de átomos de carbono a oxígeno puede ser diferente dependiendo de la aplicación. La longitud y el ancho de las capas también difieren.
"Dependiendo de la combinación de estos tres parámetros, no solo resultan propiedades materiales completamente diferentes, sino que los efectos sobre los humanos y el medio ambiente también varían enormemente. Esto hace que las declaraciones simples y generalmente válidas sean casi imposibles”, informó Nanowerk News.
No contamos con información suficiente sobre el grafeno para medir sus riesgos
The Graphene Flagship de la Comisión Europea, un conjunto de investigación con más de 150 grupos de investigación académicos e industriales en 23 países, cuenta con un presupuesto de $ 1 000 millones de dólares, destinados para llevar el grafeno "desde los laboratorios hasta la sociedad europea en un lapso de 10 años".
En un informe de Work Package Health and Environment dedicado a los riesgos del grafeno para la salud y el medio ambiente, se señala lo siguiente: "Su tamaño tan pequeño y las propiedades fisicoquímicas únicas representan riesgos potenciales para la salud de los animales, los humanos y el medio ambiente".
El autor, Bengt Fadeel, señaló nuevamente en un comunicado de prensa que los efectos biológicos de la sustancia varían ampliamente de la siguiente forma:
"Uno de los mensajes más importantes es que esta familia de materiales tiene propiedades variables, por lo que ofrece diversos efectos biológicos.
Es importante enfatizar la necesidad no solo de un análisis sistemático de materiales bien caracterizados a base de grafeno, sino también la importancia de utilizar ensayos estandarizados in vitro o in vivo para la evaluación de su seguridad".
La evaluación revela una serie de efectos potenciales, que incluyen "fragmentación nuclear, daño a la membrana, disfunción mitocondrial y producción de ROS" en la suspensión celular de una planta de semilla, así como el inicio de la respuesta inmune después de ser inyectada en la piel en un estudio en animales.
También se observaron los posibles efectos reproductivos y de desarrollo, en donde los investigadores declararon:
“Además de los efectos directos de los GBM [materiales basados en el grafeno] en los sistemas reproductivos y de desarrollo, las consecuencias indirectas en los tejidos maternos y placentarios, así como la liberación de los mediadores merecen atención ya que la creación de un ambiente hostil en el útero puede aumentar el riesgo de complicaciones en el embarazo y el desarrollo de enfermedades en un futuro".
En general, la evaluación concluyó que no existe suficiente información para evaluar precisamente la seguridad del grafeno y sus variaciones.
“La perspectiva general actual de la literatura ha demostrado que mientras la evaluación de los riesgos del GBM está alcanzando una madurez, con un número cada vez mayor de estudios que abordan el impacto potencial del GBM en los sistemas vivos, la falta de información continua existiendo, por lo tanto, existe un impedimento en la predicción de la toxicidad basada únicamente en las propiedades materiales de los GBM.
De hecho, hemos demostrado que para algunos puntos finales, se pueden comenzar a observar patrones (predecible) de efectos, pero también está claro que existe una falta de información considerable del espacio químico del grafeno y sus derivados".
Como es el caso con otros nanomateriales, el uso de grafeno presenta oportunidades para diferentes campos, entre los cuales incluyen la prevención de las picaduras de mosquitos. Pero se recomienda extrema precaución al trabajar con un material sin precedentes, así como producirlo a gran escala antes de que se comprendan completamente sus efectos.
En el caso de los mosquitos, existen diferentes métodos que se pueden implementar para evitar las picaduras.
Utilice camisa de manga largas y pantalones, si sabe que estará al aire libre en un área propensa a los mosquitos, y use repelentes naturales de insectos (y no versiones químicas sintéticas), como el aceite de canela, aceite esencial de citronela o aceite de hierba gatera, según sea necesario.
Si los mosquitos lo molestan en su jardín, un ventilador podría mantenerlos alejados mientras esta al aire libre, al igual que plantar caléndulas de forma estratégica, ya que a los mosquitos no les gustan estas plantas.