(Phys.org) -- Onderzoekers onder leiding van Raffaele Mezzenga, een professor in Food and Soft Materials Science, hebben een nieuw nanocomposiet gemaakt van grafeen en eiwitfibrillen:een speciaal papier, die de beste eigenschappen van beide componenten combineert.

De ronde vellen die Raffaele Mezzenga voorzichtig uit een petrischaaltje tilt, zijn glanzend en zwart. Kijkend naar dit kleine stukje papier, men zou zich nauwelijks kunnen voorstellen dat het bestaat uit een nieuw nanocomposietmateriaal, met een aantal ongekende en unieke eigenschappen, ontwikkeld in het laboratorium van de ETH-professor.

Dit nieuwe "papier" is gemaakt van afwisselende lagen eiwit en grafeen. De twee componenten kunnen in verschillende samenstellingen worden gemengd, in oplossing gebracht, en door een vacuümfilter tot dunne vellen gedroogd - "zoals men gewoonlijk doet bij de vervaardiging van normaal papier uit cellulose", zegt Mezzenga. "Deze combinatie van verschillende materialen met ongebruikelijke eigenschappen levert een nieuw nanocomposiet op met enkele grote voordelen, ", zegt de ETH-hoogleraar. het materiaal is volledig biologisch afbreekbaar.

"Grafeenpapier" heeft vormgeheugenfuncties

Grafeen is mechanisch sterk en elektrisch geleidend, net zoals, van nature zeer waterafstotend. Anderzijds, de eiwitfibrillen zijn biologisch actief en kunnen water binden. Hierdoor kan het nieuwe materiaal water opnemen en van vorm veranderen onder wisselende vochtigheidsomstandigheden. Verder, het "grafeenpapier" heeft vormgeheugenfuncties zodat het kan vervormen bij het adsorberen van water, en herstellen de oorspronkelijke vorm bij het drogen. Dit zou kunnen worden gebruikt, bijvoorbeeld, hetzij in watersensoren of vochtigheidsactuatoren.

Maar "het meest interessante kenmerk is dat we dit materiaal als biosensor kunnen gebruiken om de activiteit van enzymen nauwkeurig te meten, ", zegt Mezzenga. Enzymen kunnen de eiwitfibrillen verteren en afbreken. Hierdoor verandert de weerstand van het composiet, wat een meetbare hoeveelheid is zodra het grafeenpapier in een elektrisch circuit is opgenomen. "Deze functie is voor mij, het leukste deel van het verhaal. Vanuit deze hoek gezien, we zouden kunnen beweren dat we een nieuwe algemene methode hebben ontdekt om enzymatische activiteit te meten”, zegt de ETH-professor.

Het materiaal kan ook worden ontworpen om aan andere behoeften te voldoen. Bijvoorbeeld, hoe hoger het aandeel grafeen, hoe beter het stroom geleidt. Anderzijds, hoe meer fibrillen aanwezig zijn, hoe meer water door dit materiaal kan worden opgenomen, met verbeterde vervormingen als reactie op veranderingen in de vochtigheid.

interessant, dit nieuwe materiaal kan met relatief eenvoudige middelen worden gemaakt. het eiwit, in dit geval, bèta-lactoglobuline, een melkeiwit, wordt eerst gedenatureerd door hoge temperaturen in een zure oplossing. De eindproducten van dit denaturatieproces zijn in water gesuspendeerde eiwitfibrillen; deze fibrillen fungeren vervolgens als stabilisatoren voor de hydrofobe grafeenvellen en zorgen ervoor dat ze fijn kunnen worden gedispergeerd in water en verwerkt tot nanocomposieten door een eenvoudige filtratietechnologie.

Het concept is uitbreidbaar

Gezien de wijdverbreide neiging van eiwitten om fibrillen te vormen, onder bepaalde voorwaarden, dit concept kan worden uitgebreid, in principe aan andere voedingseiwitten, zoals die in eieren, bloedserum en soja. De bèta-lactoglobulinefibrillen die in het werk van Mezzenga worden gebruikt, worden specifiek verteerd door pepsine, een enzym dat in de maag aanwezig is om de vertering van verschillende voedselcomponenten mogelijk te maken. Echter, het variëren van de eiwittypes zou een nieuwe methode kunnen bieden om een ​​veel grotere klasse van enzymen aan te pakken.

Geïnspireerd door hun eerdere onderzoek naar amyloïde fibrillen en door de opkomst van grafeen, de ETH-onderzoekers hebben deze twee bouwstenen gecombineerd om een ​​nieuwe klasse van veelzijdige en functionele materialen te genereren. “Tegenwoordig, grafeenpapier is geen noviteit meer”, zegt Mezzenga, "het is de combinatie met amyloïde fibrillen die centraal staat in deze nieuwe klasse van hybride materialen".