Om nieuwe en efficiëntere computers te maken, medische apparatuur, en andere geavanceerde technologieën, onderzoekers wenden zich tot nanomaterialen:materialen gemanipuleerd op de schaal van atomen of moleculen die unieke eigenschappen vertonen.

Grafeen - een vlokje koolstof zo dun als een enkele latere atoom - is een revolutionair nanomateriaal vanwege het vermogen om gemakkelijk elektriciteit te geleiden, evenals zijn buitengewone mechanische sterkte en flexibiliteit. Echter, een grote hindernis bij het gebruik ervan voor alledaagse toepassingen is het op grote schaal produceren van grafeen, met behoud van zijn verbazingwekkende eigenschappen.

In een artikel gepubliceerd in het tijdschrift ChemOpen , Anne S. Meyer, een universitair hoofddocent biologie aan de Universiteit van Rochester, en haar collega's aan de Technische Universiteit Delft in Nederland, een manier beschrijven om deze barrière te overwinnen. De onderzoekers schetsen hun methode om grafeenmaterialen te produceren met behulp van een nieuwe techniek:het mengen van geoxideerd grafiet met bacteriën. Hun methode is een meer kostenefficiënte, tijd besparen, en milieuvriendelijke manier om grafeenmaterialen te produceren versus die welke chemisch zijn geproduceerd, en zou kunnen leiden tot de creatie van innovatieve computertechnologieën en medische apparatuur.

Grafeen wordt gewonnen uit grafiet, het materiaal dat in een gewoon potlood wordt gevonden. Met precies één atoom dik, grafeen is het dunste maar sterkste tweedimensionale materiaal dat onderzoekers kennen. Wetenschappers van de Universiteit van Manchester in het Verenigd Koninkrijk kregen in 2010 de Nobelprijs voor natuurkunde voor hun ontdekking van grafeen; echter, hun methode om plakband te gebruiken om grafeen te maken, leverde slechts kleine hoeveelheden van het materiaal op.

"Voor echte toepassingen heb je grote hoeveelheden nodig, ", zegt Meyer. "Het produceren van deze bulkhoeveelheden is een uitdaging en resulteert meestal in grafeen dat dikker en minder zuiver is. Hier kwam ons werk van pas."

Om grotere hoeveelheden grafeenmaterialen te produceren, Meyer en haar collega's begonnen met een flesje grafiet. Ze exfolieerden het grafiet - wierpen de materiaallagen af ​​- om grafeenoxide (GO) te produceren, die ze vervolgens vermengden met de bacterie Shewanella. Ze laten de beker met bacteriën en voorlopermaterialen een nacht staan, gedurende die tijd reduceerden de bacteriën de GO tot een grafeenmateriaal.

"Grafeenoxide is gemakkelijk te produceren, maar het is niet erg geleidend vanwege alle zuurstofgroepen erin, "zegt Meyer. "De bacteriën verwijderen de meeste zuurstofgroepen, waardoor het een geleidend materiaal wordt."

Terwijl het bacterieel geproduceerde grafeenmateriaal dat in Meyer's lab is gemaakt, geleidend is, het is ook dunner en stabieler dan chemisch geproduceerd grafeen. Het kan bovendien voor langere tijd worden bewaard, waardoor het zeer geschikt is voor een verscheidenheid aan toepassingen, inclusief veldeffecttransistor (FET) biosensoren en geleidende inkt. FET-biosensoren zijn apparaten die biologische moleculen detecteren en kunnen worden gebruikt om bijvoorbeeld, realtime glucosemonitoring voor diabetici.

"Als biologische moleculen aan het apparaat binden, ze veranderen de geleidbaarheid van het oppervlak, een signaal sturen dat het molecuul aanwezig is, "zegt Meyer. "Om een ​​goede FET-biosensor te maken, heb je een materiaal nodig dat zeer geleidend is, maar dat ook kan worden aangepast om aan specifieke moleculen te binden." Gereduceerd grafeenoxide is een ideaal materiaal omdat het licht van gewicht en zeer geleidend is. maar het behoudt typisch een klein aantal zuurstofgroepen die kunnen worden gebruikt om te binden aan de moleculen van belang.

Het bacterieel geproduceerde grafeenmateriaal zou ook de basis kunnen zijn voor geleidende inkten, wat zou, beurtelings, worden gebruikt om snellere en efficiëntere computertoetsenborden te maken, printplaten, of kleine draden zoals die worden gebruikt om autoruiten te ontdooien. Het gebruik van geleidende inkten is een "gemakkelijker, een meer economische manier om elektrische circuits te produceren, vergeleken met traditionele technieken, "zegt Meyer. Geleidende inkten kunnen ook worden gebruikt om elektrische circuits te produceren bovenop niet-traditionele materialen zoals stof of papier.

"Ons bacterieel geproduceerd grafeenmateriaal zal leiden tot een veel betere geschiktheid voor productontwikkeling, Meyer zegt. "We waren zelfs in staat om een ​​techniek van 'bacteriële lithografie' te ontwikkelen om grafeenmaterialen te maken die slechts aan één kant geleidend waren, die kunnen leiden tot de ontwikkeling van nieuwe, geavanceerde nanocomposietmaterialen."