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您未来的计算机是否会使用细菌制造

2019-07-15 08:42:27 • 来源：

为了创造新的和更有效的计算机，医疗设备和其他先进技术，研究人员正在转向纳米材料：在具有独特性质的原子或分子的规模上操纵的材料。

石墨烯 - 一种像原子一样薄的碳片 - 是一种革命性的纳米材料，因为它具有易于导电的能力，以及非凡的机械强度和柔韧性。然而，将其用于日常应用的一个主要障碍是大规模生产石墨烯，同时仍保留其惊人的性能。

您未来的计算机是否会使用细菌制造

在ChemOpen期刊上发表的一篇论文中，罗切斯特大学生物学副教授Anne S. Meyer和她在荷兰代尔夫特理工大学的同事描述了克服这一障碍的方法。研究人员概述了他们使用一种新技术生产石墨烯材料的方法：将氧化石墨与细菌混合。与生产石墨烯材料相比，他们的方法是一种更具成本效益，省时且环保的石墨烯材料生产方式，可以创造出创新的计算机技术和医疗设备。

石墨烯是从普通铅笔中发现的石墨中提取的。在一个原子厚度，石墨烯是研究人员已知的最薄但最强的二维材料。来自英国曼彻斯特大学的科学家因发现石墨烯而获得2010年诺贝尔物理学奖; 然而，他们使用胶带制造石墨烯的方法仅产生少量材料。

“对于真正的应用程序，你需要大量的，”迈耶说。“生产这些大量产品具有挑战性，通常会导致石墨更浓，更不纯净。这就是我们的工作所在。”

生物学教授Anne Meyer及其同事开发了一种在实验室中生产石墨烯的新方法。图片来源：罗彻斯特大学/ J。Adam Fenster

为了生产更大量的石墨烯材料，迈耶和她的同事们开始使用一小瓶石墨。他们剥离石墨 - 剥落材料层 - 生产氧化石墨烯(GO)，然后将它们与细菌Shewanella混合。他们将细菌和前体材料的烧杯放置过夜，在此期间细菌将GO还原为石墨烯材料。

“氧化石墨烯易于生产，但由于其中含有所有氧基团，因此不太导电，”Meyer说。“这种细菌会去除大部分氧气，使其变成导电材料。”

虽然Meyer实验室中产生的细菌生产的石墨烯材料具有导电性，但它比化学生产的石墨烯更薄且更稳定。它还可以存储更长的时间，使其非常适合各种应用，包括场效应晶体管(FET)生物传感器和导电油墨。FET生物传感器是检测生物分子的装置，并且可以用于执行例如糖尿病患者的实时葡萄糖监测。

“当生物分子与设备结合时，它们会改变表面的电导，发出分子存在的信号，”迈耶说。“为了制造出良好的FET生物传感器，您需要一种高导电性的材料，但也可以进行修饰以与特定分子结合。” 已经还原的氧化石墨烯是理想的材料，因为它重量轻且非常导电，但它通常保留少量可用于结合目标分子的氧基团。

细菌生产的石墨烯材料也可以是导电油墨的基础，其又可以用于制造更快和更有效的计算机键盘，电路板或小线，例如用于解冻汽车挡风玻璃的那些。Meyer说，与传统技术相比，使用导电油墨是一种“更容易，更经济的生产电路的方法”。导电油墨也可用于在非传统材料(如织物或纸张)之上生产电路。

“我们的细菌生产的石墨烯材料将更好地适应产品开发，”Meyer说。“我们甚至能够开发出'细菌光刻'技术来制造仅在一侧导电的石墨烯材料，这可以开发出新的先进纳米复合材料。”

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