Para crear computadoras, dispositivos médicos y otras tecnologías avanzadas nuevas y más eficientes, los investigadores están recurriendo a los nanomateriales: materiales manipulados en la escala de átomos o moléculas que exhiben propiedades únicas.
El grafeno es un nanomaterial revolucionario, debido a su capacidad para conducir electricidad fácilmente, así como a su extraordinaria resistencia mecánica y flexibilidad. Sin embargo, un obstáculo importante en su adopción para las aplicaciones diarias es la producción de grafeno a gran escala, al tiempo que conserva sus increíbles propiedades.
En un artículo publicado en la revista ChemOpen, Anne S. Meyer, profesora asociada de biología en la Universidad de Rochester, y sus colegas de la Universidad Tecnológica de Delft en los Países Bajos, describen una manera de superar esta barrera. Los investigadores describen su método para producir materiales de grafeno utilizando una técnica novedosa: mezclar grafito oxidado con bacterias. Su método es una forma más rentable, ahorradora de tiempo y respetuosa con el medio ambiente de producir materiales de grafeno en comparación con los producidos químicamente, y podría llevar a la creación de tecnologías informáticas y equipos médicos innovadores.
El grafeno se extrae del grafito, el material que se encuentra en un lápiz ordinario. Con exactamente un átomo de espesor, el grafeno es el material bidimensional más delgado, pero más fuerte, conocido por los investigadores. Los científicos de la Universidad de Manchester en el Reino Unido fueron galardonados con el Premio Nobel de Física 2010 por su descubrimiento del grafeno; sin embargo, su método de usar cinta adhesiva para hacer grafeno produjo solo pequeñas cantidades de material.
«Para aplicaciones reales necesitas grandes cantidades», dice Meyer. «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 materiales de grafeno, Meyer y sus colegas comenzaron con un frasco de grafito. Ellos 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».
Si bien el material de grafeno producido en forma bacteriana creado en el laboratorio de Meyer es conductor, 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 unirse 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 adaptabilidad 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».
Referencia: Los detalles de la investigación se han publicado en la revista Chemistry Open.
el título del reporte es engañoso. Es importante cuidar mucho la forma en que se difunde un conocimiento tan específico. En realidad no estarían hechas con bacterias, sino que éstas producirían insumos más económicos para la manufactura de computadores.