Los laboratorios de EE. UU. y los Países Bajos desarrollaron técnicas para producir de manera sostenible grafeno de alta calidad con más capacidades, utilizando una variedad de bacterias. Investigadores de la Universidad de Rochester en Nueva York y de la Universidad de Tecnología de Delft describen su proceso en la edición del 4 de julio de la revista ChemistryOpen.
Un equipo dirigido por la bióloga y científica en materiales Anne Meyer de Rochester y el profesor de nanomateriales cuánticos Herre van der Zant en Delft buscan métodos más sostenibles y escalables para producir grafeno , un material con muchas cualidades deseables para una amplia gama de industrias. El material es muy ligero, fuerte, químicamente estable y con un solo átomo de grosor, dispuesto en un patrón hexagonal. El grafeno puede conducir tanto el calor como la electricidad, con muchas aplicaciones en electrónica, energía y salud. En 2010, dos investigadores de la Universidad de Manchester en el Reino Unido recibieron el Premio Nobel de física por sus descubrimientos sobre el grafeno.
Pero producir grafeno de forma segura en grandes volúmenes es difícil. Los métodos de producción actuales que utilizan deposición química de vapor pueden producir capas únicas de grafeno. Si bien esta técnica produce un material de alta calidad, es un proceso lento que requiere un entorno controlado para hacer crecer el grafeno y los problemas continuos que separan el grafeno de su superficie de crecimiento. Otra técnica utiliza la exfoliación, o trituración de capas, de grafito, como se encuentra en los lápices, al óxido de grafeno, y luego reduce químicamente el óxido de grafeno al grafeno puro. Si bien el proceso es más rápido y más escalable que la deposición química de vapor, requiere el uso de hidracina altamente tóxica e inestable (es decir, explosiva) para reducir el óxido de grafeno al grafeno.
El equipo de Rochester-Delft investigó un proceso alternativo, para reemplazar el uso de hidracina con un método más seguro y más sostenible que aún puede resultar en grafeno de alta calidad. Su proceso emplea una bacteria conocida como Shewanella oneidensis que se encuentra en ambientes de aguas profundas, así como en el suelo. Shewanella oneidensis tiene una característica inusual para los microbios, a saber, un apetito por los metales pesados. Estas bacterias oxidan el carbono en metales pesados y, por lo tanto, se estudian como un método para la limpieza ambiental de derrames químicos.
En este proyecto, Meyer, van der Zant y sus colegas utilizaron Shewanella oneidensis en un proceso biológico en lugar de la hidrazina química para reducir las escamas de óxido de grafeno al grafeno puro. Los resultados muestran que su proceso microbiano puede producir tanto escamas como grafeno a granel con al menos propiedades físicas comparables al grafeno producido químicamente. Además, el grafeno producido por microbios supera al grafeno producido químicamente en algunos aspectos. El grafeno bacteriano es más delgado que el grafeno producido químicamente y más estable, lo que permite un almacenamiento más prolongado.
Además, los investigadores encontraron que el grafeno bacteriano tiene cualidades especializadas que no se encuentran en las variedades producidas químicamente, incluida la afinidad por las moléculas biológicas. Esta propiedad hace que el grafeno bacteriano sea adecuado para transistores de efecto de campo , o FET, componentes electrónicos que se encuentran en los biosensores y dispositivos médicos. «Cuando las moléculas biológicas se unen al dispositivo», dice Meyer en una declaración de la Universidad de Rochester, «cambian la conductancia de la superficie, enviando una señal de que la molécula está presente».
Meyer señala: «Para hacer un buen biosensor FET, usted desea un material que sea altamente conductor pero que también pueda modificarse para unirse a moléculas específicas», y agrega que el grafeno bacteriano tiene enlaces de carbono-oxígeno que pueden unirse a las moléculas objetivo. El grafeno bacteriano se puede formular también en tintas conductoras para imprimir circuitos de grafeno en componentes electrónicos o en tejidos o papel.
