Grafeno y bacterias, combinacion para tecnología futurista

Anne Meyer, profesora de biología, y sus colegas han desarrollado un enfoque novedoso para producir grafeno en el laboratorio. (Foto de la Universidad de Rochester / J. Adam Fenster)

Investigadores han creado un método para producir materiales de grafeno utilizando una nueva técnica: mezclando grafito oxidado con bacterias.

Para crear computadoras, dispositivos médicos y otras tecnologías avanzadas nuevas y más eficientes, los investigadores han estado recurriendo a los nanomateriales: materiales manipulados en la escala de átomos o moléculas y que exhiben propiedades únicas.

El grafeno, un trozo de carbono tan delgado como una sola capa de átomos, es un nanomaterial revolucionario debido a su capacidad para conducir electricidad fácilmente, esto combinado con una extraordinaria resistencia mecánica y flexibilidad. Sin embargo, un obstáculo importante en la adopción del material para aplicaciones cotidianas lo es la producción a gran escala, conservando sus propiedades sorprendentes.

El nuevo método supera esta barrera. El método es una forma más rentable, que ahorra tiempo y es respetuosa con el medio ambiente para producir materiales de grafeno frente a otros métodos de producción química, pudiendo llevar a la creación de tecnologías informáticas y equipos médicos innovadores.


Superando problemas con el grafeno

El grafeno se extrae del grafito, el material que se encuentra en un lápiz ordinario. Con exactamente un átomo de espesor, es el material bidimensional más delgado, pero más fuerte, conocido por investigadores. Científicos de la Universidad de Manchester recibieron el Premio Nobel de Física 2010 precisamente por el descubrimiento del grafeno; sin embargo, su método de usar cinta adhesiva para hacer grafeno produjo solo pequeñas cantidades de material.

"Para aplicaciones reales, se necesitan grandes cantidades", dice Anne S. Meyer, profesora asociada de biología en la Universidad de Rochester. “Producir estas cantidades a granel es un desafío y generalmente resulta en un grafeno que es más grueso y menos puro. Aquí es donde entró nuestro trabajo ".

Para producir mayores cantidades de material de grafeno, Meyer y sus colegas de la Universidad de Tecnología de Delft en los Países Bajos comenzaron con un frasco de grafito. Exfoliaron el grafito (eliminando las capas de material) para producir óxido de grafeno (GO), que luego se mezclaron con la bacteria Shewanella. Dejaron reposar el vaso de precipitados de bacterias y materiales precursores durante la noche, tiempo durante el cual las bacterias redujeron el GO a un material de grafeno.

"El óxido de grafeno es fácil de producir, pero no es muy conductor debido a todos los grupos de oxígeno que contiene", dice Meyer. "Las bacterias eliminan la mayoría de los grupos de oxígeno, lo que lo convierte en un material conductor".


Mejor material para medicina.

Si bien el material de grafeno producido por las bacterias que los investigadores crearon en el laboratorio de Meyer es conductivo, también es más delgado y más estable que el grafeno producido químicamente. Además, puede almacenarse durante largos períodos de tiempo, lo que lo hace adecuado para una variedad de aplicaciones, incluidos los biosensores de transistor de efecto de campo (FET) y la tinta conductora. Los biosensores FET son dispositivos que detectan moléculas biológicas y podrían utilizarse para realizar, por ejemplo, la monitorización de la glucosa en tiempo real para diabéticos.

"Cuando las moléculas biológicas se unen al dispositivo, cambian la conductancia de la superficie, enviando una señal de que la molécula está presente", dice Meyer. "Para hacer un buen biosensor FET, se necesita un material que sea altamente conductor pero que también pueda modificarse para ser unido a moléculas específicas".

El óxido de grafeno que se ha reducido es un material ideal porque es liviano y muy conductor, pero generalmente retiene una pequeña cantidad de grupos de oxígeno que pueden usarse para unirse a las moléculas de interés.

El material de grafeno producido por bacterias también podría ser la base de las tintas conductoras, que a su vez podrían usarse para hacer teclados de computadora, tableros de circuitos o cables pequeños más rápidos y eficientes, como los que se usan para descongelar parabrisas de automóviles. El uso de tintas conductivas es una "manera más fácil y económica de producir circuitos eléctricos, en comparación con las técnicas tradicionales", dice Meyer. Las tintas conductivas también podrían usarse para producir circuitos eléctricos sobre materiales no tradicionales como tela o papel.

"Nuestro material de grafeno producido en bacterias llevará a una mejor adecuación para el desarrollo del producto", dice Meyer.

"Incluso pudimos desarrollar una técnica de 'litografía bacteriana' para crear materiales de grafeno que solo eran conductores en un lado, lo que puede llevar al desarrollo de nuevos materiales avanzados de nanocompuestos".

El artículo aparece en la revista ChemOpen.
Fuente: University of Rochester
Estudio original DOI: 10.100
 

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