Et nyt papir lavet af grafen og proteinfibriller

(Phys.org) -- Forskere ledet af Raffaele Mezzenga, professor i fødevare- og blødmaterialevidenskab, har skabt en ny nanokomposit lavet af grafen og proteinfibriller:et specielt papir, som kombinerer de bedste egenskaber fra begge komponenter.

De cirkulære lagner, som Raffaele Mezzenga forsigtigt løfter fra en petriskål, er skinnende og sorte. Ser på dette lille stykke papir, man kunne næsten ikke forestille sig, at det består af et nyt nanokompositmateriale, med nogle hidtil usete og unikke egenskaber, udviklet i ETH-professorens laboratorium.

Dette nye "papir" er lavet af skiftende lag af protein og grafen. De to komponenter kan blandes i forskellige sammensætninger, bringes i løsning, og tørret til tynde ark gennem et vakuumfilter - "på samme måde som man normalt gør ved fremstilling af almindeligt papir af cellulose" siger Mezzenga. "Denne kombination af forskellige materialer med ualmindelige egenskaber producerer en ny nanokomposit med nogle store fordele, " siger ETH-professoren. F.eks. materialet er fuldstændig biologisk nedbrydeligt.

"Graphene paper" har formhukommelsesfunktioner

Grafen er mekanisk stærkt og elektrisk ledende, såvel som, meget vandafvisende af natur. På den anden side, proteinfibrillerne er biologisk aktive og kan binde vand. Dette gør det muligt for det nye materiale at absorbere vand og ændre form under varierende luftfugtighedsforhold. Desuden, "grafenpapiret" har formhukommelsesfunktioner, så det kan deformeres, når det adsorberer vand, og genskabe den oprindelige form efter tørring. Dette kunne bruges, for eksempel, enten i vandsensorer eller fugtaktuatorer.

Men "det mest interessante træk er, at vi kan bruge dette materiale som en biosensor til præcist at måle aktiviteten af ​​enzymer, " siger Mezzenga. Enzymer kan fordøje og nedbryde proteinfibrillerne. Dette ændrer kompositmaterialets modstand, hvilket er en målbar størrelse, når først grafenpapiret er inkorporeret i et elektrisk kredsløb. "Denne funktion er, for mig, den hyggeligste del af historien. Set fra denne vinkel, vi kunne hævde at have opdaget en ny generel metode til at måle enzymatisk aktivitet", siger ETH-professoren.

Materialet kan også designes til at opfylde andre behov. For eksempel, jo højere andel af grafen, jo bedre leder den elektricitet. På den anden side, jo flere fibriller er til stede, jo mere vand kan absorberes af dette materiale, med øgede deformationer som reaktion på fugtændringer.

Interessant nok, dette nye materiale kan fremstilles med relativt enkle midler. Proteinet, I dette tilfælde, beta-lactoglobulin, et mælkeprotein, denatureres først af høje temperaturer i en sur opløsning. Slutprodukterne af denne denatureringsproces er proteinfibriller suspenderet i vand; disse fibriller fungerer derefter som stabilisatorer for de hydrofobe grafenplader og tillader dem at blive fint dispergeret i vand og forarbejdet til nanokompositter ved hjælp af en simpel filtreringsteknologi.

Konceptet kan udvides

I lyset af den udbredte tendens hos proteiner til at danne fibriller, under særlige forhold, dette koncept kan udvides, i princippet til andre fødevareproteiner, som dem der findes i æg, blodserum og soja. Beta-lactoglobulin fibrillerne, der bruges i arbejdet ledet af Mezzenga, fordøjes specifikt af pepsin, et enzym til stede i maven for at muliggøre fordøjelsen af ​​flere fødevarekomponenter. Imidlertid, at variere proteintyperne kunne give en ny metode til at målrette en meget større klasse af enzymer.

Inspireret af deres tidligere forskning i amyloidfibriller og af fremkomsten af ​​grafen, ETH-forskerne har kombineret disse to byggesten for at generere en ny klasse af alsidige og funktionelle materialer. "I dag, grafenpapir er ikke længere en nyhed”, siger Mezzenga, "det er kombinationen med amyloidfibriller, der er central for denne nye klasse af hybridmaterialer".