Разработана методика получения графена с помощью бактерий
Москва, 19:36, 11 Июл 2019, редакция FTimes.ru, автор Сергей Кузнецов.
Чтобы создать новые и более эффективные компьютеры, медицинские устройства и другие передовые технологии, исследователи обращаются к наноматериалам: материалам в масштабе атомов или молекул, которые обладают уникальными свойствами.
Графен — тонкая углеродная чешуйка толщиной в один слой атомов — является революционным наноматериалом благодаря своей способности легко проводить электричество, а также необычайной механической прочности и гибкости. Тем не менее, одним из основных препятствий для его применения в повседневной жизни является производство графена в больших масштабах, сохраняя при этом его удивительные свойства.
В статье, опубликованной в журнале ChemOpen, Анна С. Мейер, доцент кафедры биологии Рочестерского университета и ее коллеги из Делфтского технологического университета в Нидерландах, описывают способ преодоления этого барьера. Исследователи описывают свой метод получения графеновых материалов с использованием новой технологии: смешивания окисленного графита с бактериями. Их метод является более экономичным, экономящим время и экологически безопасным способом производства графеновых материалов по сравнению с химически произведенными, и может привести к созданию инновационных компьютерных технологий и медицинского оборудования.
Графен добывается из графита, материала для грифеля в обычном карандаше. При толщине ровно одного атома графен является самым тонким, но наиболее прочным двумерным материалом, известным исследователям. Ученые из Университета Манчестера в Соединенном Королевстве были удостоены Нобелевской премии по физике за открытие графена за 2010 год; однако их метод с использованием клейкой ленты для изготовления графена дал лишь небольшое количество материала.
«Для реальных приложений нужны большие количества», — говорит Мейер. «Производство этих больших количеств является сложной задачей и, как правило, приводит к получению более плотного и менее чистого графена. Вот тут и началась наша работа».
Для производства большего количества графеновых материалов Мейер и ее коллеги начали с флакона с графитом. Они отслаивали графит, отсеивая слои материала, чтобы получить оксид графена (GO), который затем смешивали с бактериями Shewanella. Они оставляют стакан с бактериями и материалами-прекурсорами на ночь, в течение которых бактерии превращают GO в материал графена.
«Оксид графена легко производить, но он не очень проводящий из-за наличия в нем всех кислородных групп», — говорит Мейер. «Бактерии удаляют большинство кислородных групп, что превращает его в проводящий материал».
Хотя произведенный бактериями материал графена, созданный в лаборатории Мейер, является проводящим, он также тоньше и более стабилен, чем химически полученный графен. Кроме того, его можно хранить в течение более длительных периодов времени, что делает его пригодным для различных применений, включая биодатчики полевого транзистора (FET) и проводящие чернила. Биосенсоры FET представляют собой устройства, которые обнаруживают биологические молекулы и могут использоваться, например, для мониторинга глюкозы в реальном времени для диабетиков.
«Когда биологические молекулы связываются с устройством, они изменяют проводимость поверхности, посылая сигнал о наличии молекулы», — говорит Мейер. «Чтобы создать хороший биосенсор FET, вам нужен материал, который обладает высокой проводимостью, но также может быть модифицирован для связывания с конкретными молекулами».
Восстановленный оксид графена является идеальным материалом, потому что он легкий и очень проводящий, но обычно сохраняет небольшое количество кислородных групп, которые можно использовать для связывания с интересующими молекулами.
Полученный бактериями графеновый материал также может быть основой для проводящих чернил, которые, в свою очередь, могут быть использованы для создания более быстрых и эффективных компьютерных клавиатур, плат или тонких проводов, таких как те, которые используются для размораживания автомобильных стекол.
Использование проводящих чернил — «более простой и экономичный способ производства электрических цепей по сравнению с традиционными методами», — говорит Мейер.
Проводящие чернила также могут быть использованы для создания электрических цепей поверх нетрадиционных материалов, таких как ткань или бумага.
«Наш бактериально произведенный графеновый материал приведет к гораздо лучшей пригодности разработанного продукта», — говорит Мейер. «Мы даже смогли разработать технику бактериальной литографии »для создания графеновых материалов, которые были бы проводящими только с одной стороны, что может привести к разработке новых, современных нанокомпозитных материалов».
