Araştırmacılar; yeni ve daha verimli bilgisayarlar, tıbbi cihazlar ve diğer ileri teknolojiler oluşturmak için nanomalzemelere yöneliyorlar: Bunlar benzersiz özellikler sergileyen atomların veya moleküllerin ölçeğinde manipüle edilmiş malzemelerdir.
Grafen; elektriği kolayca iletme kabiliyetinin yanı sıra olağanüstü mekanik gücü ve esnekliği nedeniyle devrim niteliğinde bir nanomalzemedir. Ancak günlük uygulamalarda seçilmesi için, şaşırtıcı özelliklerini korurken, büyük ölçüde grafen üretmesi gerekir.
Rochester Üniversitesi’nden Doçent Profesör Anne S. Meyer ve Delft Teknoloji Üniversitesi’ndeki meslektaşları; oksidize edilmiş grafitin bakterilerle karıştırılmasıyla yeni bir teknik kullanarak, grafen malzemeleri üretme yöntemlerini ana hatlarıyla belirtiyorlar. Metodları; kimyasal olarak üretilenlere göre, grafen materyalleri üretmenin daha uygun maliyetli, zaman kazandıran ve çevre dostu bir yoludur ve yenilikçi bilgisayar teknolojileri ve tıbbi ekipmanın oluşturulmasına yol açabilir.
Grafen; sıradan bir kurşun kalemde bulunan malzeme olan grafitten çıkarılır. Tam olarak bir atom kalınlığında olan grafen, araştırmacılar tarafından bilinen en ince fakat en güçlü, iki boyutlu malzemedir. İngiltere’deki Manchester Üniversitesi’nden bilim insanları, grafen keşfi için 2010 Nobel Fizik Ödülü’ne layık görüldü.
Daha fazla miktarda grafen materyali üretmek için Meyer ve meslektaşları çalışmaya, bir miktar grafit ile başladı. Grafiti; (yapraklarını dökerek) grafen oksit (GO) üretmek üzere döktüler, sonra da Shewanella Bakterileri ile karıştırdılar. Bakterilerin ve öncü materyallerin beherinin gece boyunca oturmasına izin verdiler, bu sırada bakteriler GO’da bir grafen materyaline indirgendi.
Meyer: “Grafen oksidin üretilmesi kolaydır, ancak içindeki oksijen gruplarının tümü nedeniyle çok iletken değildir. Bakteriler oksijen gruplarının çoğunu uzaklaştırır ve bu da onu iletken bir malzemeye dönüştürür.”
Meyer’in laboratuvarında oluşturulan bakteriyel olarak üretilen grafen materyali iletken iken, kimyasal olarak üretilen grafenden daha ince ve daha stabildir. Ayrıca; Alan Etkili Transistör (FET) biyosensörleri ve iletken mürekkep gibi çeşitli uygulamalar için uygun olmasını sağlayarak daha uzun süre saklanabilir. FET biyosensörleri biyolojik molekülleri algılayan cihazlardır ve örneğin şeker hastaları için gerçek zamanlı glikoz izlemesi yapmak için kullanılabilir.
Meyer: “Biyolojik moleküller cihaza bağlandığında, yüzeyin iletkenliğini değiştirerek molekülün mevcut olduğuna dair bir sinyal gönderiyorlar. İyi bir FET biyosensörü yapmak için yüksek iletkenliğe sahip ancak aynı zamanda belirli moleküllere bağlanmak üzere modifiye edilebilen bir malzeme istiyoruz.”
İndirgenmiş grafen oksit, hafif ve çok iletken olduğu için ideal bir malzemedir, ancak tipik olarak ilgilenilen moleküllere bağlanmak için kullanılabilecek az sayıda oksijen grubunu tutar.
Bakteriyel olarak üretilen grafen materyali ayrıca sırayla daha hızlı ve daha verimli bilgisayar klavyeleri, devre kartları veya otomobil ön camlarını buzunu çözmek çözmee yarayan küçük teller yapmak için kullanılabilen iletken mürekkeplerin temelini oluşturabilir. Meyer, iletken mürekkepleri kullanılmasının; elektrik devreleri üretmek için daha kolay, daha ekonomik bir yol olduğunu söylüyor. İletken mürekkepler; kumaş veya kağıt gibi geleneksel olmayan malzemelerin üstünde elektrik devreleri üretmek için de kullanılabilir.
Meyer: “Bakteriyel olarak üretilen grafen materyalimiz, ürün geliştirme için çok daha iyi uygunluğa yol açacaktır. Sadece bir tarafta iletken olan ve yeni, gelişmiş nanokompozit materyallerin geliştirilmesine yol açabilecek grafen materyalleri oluşturmak için bir ‘bakteri litografi’ tekniği bile geliştirebildik.”
