Bliver din fremtidige computer lavet ved hjælp af bakterier?

For at skabe nye og mere effektive computere, hospitalsudstyr, og andre avancerede teknologier, forskere henvender sig til nanomaterialer:materialer manipuleret på skalaen af ​​atomer eller molekyler, der udviser unikke egenskaber.

Grafen - en flage af kulstof så tynd som en enkelt senere atomer - er et revolutionerende nanomateriale på grund af dets evne til let at lede elektricitet, samt dens ekstraordinære mekaniske styrke og fleksibilitet. Imidlertid, en stor hindring for at bruge det til daglige applikationer er at producere grafen i stor skala, mens de stadig bevarer sine fantastiske egenskaber.

I et papir offentliggjort i tidsskriftet ChemOpen , Anne S. Meyer, en lektor i biologi ved University of Rochester, og hendes kolleger ved Delft University of Technology i Holland, beskrive en måde at overvinde denne barriere. Forskerne skitserer deres metode til at fremstille grafenmaterialer ved hjælp af en ny teknik:blanding af oxideret grafit med bakterier. Deres metode er en mere omkostningseffektiv, tidsbesparende, og miljøvenlig måde at fremstille grafenmaterialer på kontra dem, der er fremstillet kemisk, og kunne føre til skabelsen af ​​innovative computerteknologier og medicinsk udstyr.

Grafen udvindes af grafit, materialet fundet i en almindelig blyant. På præcis et atom tykt, grafen er det tyndeste – men stærkeste – todimensionelle materiale, forskere kender til. Forskere fra University of Manchester i Det Forenede Kongerige blev tildelt 2010 Nobelprisen i fysik for deres opdagelse af grafen; imidlertid, deres metode til at bruge klæbrig tape til at lave grafen gav kun små mængder af materialet.

"Til rigtige applikationer har du brug for store mængder, " siger Meyer. "At producere disse bulkmængder er udfordrende og resulterer typisk i grafen, der er tykkere og mindre rent. Det er her, vores arbejde kom ind."

For at producere større mængder grafenmaterialer, Meyer og hendes kolleger startede med et hætteglas med grafit. De eksfolierede grafitten - og smed lagene af materiale - for at producere grafenoxid (GO), som de derefter blandede med bakterien Shewanella. De lader bægeret med bakterier og forløbermaterialer sidde natten over, i hvilket tidsrum bakterierne reducerede GO til et grafenmateriale.

"Graphenoxid er let at fremstille, men det er ikke særlig ledende på grund af alle iltgrupperne i det, " siger Meyer. "Bakterierne fjerner de fleste iltgrupper, som gør det til et ledende materiale."

Mens det bakterielt producerede grafenmateriale skabt i Meyers laboratorium er ledende, det er også tyndere og mere stabilt end grafen fremstillet kemisk. Den kan desuden opbevares i længere tid, gør den velegnet til en række forskellige applikationer, herunder field-effect transistor (FET) biosensorer og ledende blæk. FET-biosensorer er enheder, der detekterer biologiske molekyler og kan bruges til at udføre, for eksempel, glukoseovervågning i realtid for diabetikere.

"Når biologiske molekyler binder sig til enheden, de ændrer overfladens ledningsevne, sender et signal om, at molekylet er til stede, " siger Meyer. "For at lave en god FET-biosensor vil du have et materiale, der er meget ledende, men som også kan modificeres til at binde sig til specifikke molekyler." Grafenoxid, der er blevet reduceret, er et ideelt materiale, fordi det er let og meget ledende, men det bevarer typisk et lille antal iltgrupper, der kan bruges til at binde sig til molekylerne af interesse.

Det bakterielt producerede grafenmateriale kunne også være grundlaget for ledende blæk, som kunne, på tur, bruges til at lave hurtigere og mere effektive computertastaturer, kredsløbskort, eller små ledninger som dem, der bruges til at afrime bilruder. Brug af ledende blæk er en "lettere, mere økonomisk måde at producere elektriske kredsløb på, sammenlignet med traditionelle teknikker, " siger Meyer. Ledende blæk kan også bruges til at producere elektriske kredsløb oven på utraditionelle materialer som stof eller papir.

"Vores bakterielt producerede grafenmateriale vil føre til langt bedre egnethed til produktudvikling, " siger Meyer. "Vi var endda i stand til at udvikle en teknik med 'bakteriel litografi' for at skabe grafenmaterialer, der kun var ledende på den ene side, som kan føre til udvikling af nye, avancerede nanokompositmaterialer."