《细菌助力石墨烯大规模生产》

  • 来源专题:生物科技领域知识集成服务
  • 编译者: 陈方
  • 发布时间:2020-04-08
  • 石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性,在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景,被认为是一种未来革命性的材料。但是目前,因为生产过程需要消耗大量能量且工艺涉及有毒化学品的使用,石墨烯还无法实现大规模生产。相对而言,氧化石墨烯比较容易生产,但由于其中含有氧族元素导致其导电性大受影响。
    2019年7月4日ChemistryOpen期刊报道,美国罗彻斯特大学和荷兰代尔夫特理工大学的研究人员开发出利用细菌生产石墨烯的新工艺,这使得环保节能的石墨烯大规模生产成为可能,该工艺还有可能衍生新型单面导电纳米复合材料。
    研究者使用的希瓦氏菌(Shewanella Oneidensis)具有从金属氧化物等化学物质中去除氧基分子的天然能力。研究者首先从石墨中提取氧化石墨烯,然后将其加入细菌中,利用细菌除去氧原子将其转化为石墨烯。与现有的化学方法相比,该方法需要更少的能量而且更加高效。此外,研究者还发现该方法生产出的石墨烯厚度更薄,稳定性更强,且导电性更优。科研人员对此技术非常乐观,下一步将利用“细菌光刻技术”生产可以单面导电的石墨烯,来生产一种新型的先进纳米复合材料。

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    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2018-11-02
    • MIT又玩出了新花样,在前几个月成功开发出细胞大小并且能够感知外部环境、储存数据并执行计算任务的微型机器人后,MIT又带来了新消息:他们为大规模生产不超过细胞大小的微型机器人带来了福音。 (MIT开发的微型机器人) 基于这种新方法,该团队设计了一款称为“syncells”(合成细胞的简称)的微观设备。可被用来监测石油或天然气管道内的状况,或在流动的血液中搜寻疾病。 (加州大学圣迭戈分校的科学家们开发的这种多功能机器人,能够清除细菌和毒素) 这种新方法就是控制原子级薄脆材料的天然压裂过程,引导断裂线,使它们产生可预测尺寸和形状的微小口袋。这些口袋内嵌的电子电路和材料可以收集,记录和输出数据。 在这种方法的发现及实现上,石墨烯自身的特性帮了大忙! 石墨烯是已知强度最高的材料之一,同时还具有很好的韧性,且可以弯曲,但其实它也是“脆弱的“。也正因如此,MIT团队利用了它的”脆弱性“来发挥作用。 麻省理工学院教授迈克尔斯特拉诺解释说:“我们发现你可以使用这种脆弱性,这是违反直觉的。在这项工作之前,如果你告诉我你可以在纳米尺度上破碎一种材料来控制它的形状,我会不相信。“ 实际上,syncells系统做到了!它控制着压裂过程,因此不会产生随机碎片的材料,而是产生均匀形状和大小的碎片。研究人员还发现可以施加一个应变场来引导破碎过程,来控制指导。 Syncells系统采取了石墨烯的二维碳形式,就是用精密的喷墨打印机将一层材料铺设在含有电子装置的微小的聚合物点材料表面上,然后,在聚合物点顶部铺设第二层石墨烯。 (应变映射的图像) 这样当我们将石墨烯的顶层放置在圆柱形状的聚合物点阵列上时,石墨烯覆盖在柱的圆形边缘上的位置在材料中形成高应变线,裂缝将集中在边界处。 然后,你将惊奇地发现石墨烯将完全断裂,但是裂缝将被引导围绕在支柱的周围。结果就是一块整齐的圆形石墨烯,看起来好像被微型打孔器干净地切割干净了。 但由于在聚合物柱的上方和下方有两层石墨烯,所以两个所得的盘在其边缘处粘附形成类似于小的皮塔饼面包口袋,聚合物就将被密封在内部。 于是一个能够收集记录储存数据的微型机器人就新鲜出炉啦!当然,除了石墨烯之外的其他二维材料,如二硫化钼和六方氮化硼也是可以起到作用的。 这种方法的操作比起那些繁杂的工业制作微型机器人是不是要来得简单易行呢?Syncells是单独组装的,这种简便易行的方法让它大规模生产有了希望。 这样制造出来的微型机器人与人体红细胞大小差不多,大约10微米,最大到10倍左右。它们的外观和行为就像一个活的生物细胞,在显微镜下,大多数人会认为它就是一个细胞。 它可以作为独立的自由浮动设备。根据内部电子设备的性质,可以为设备提供移动,检测各种化学品或其他参数以及存储器存储的能力。 研究团队还特意做了一个演示实验,来证明它可以用作电子存储器的形式,数据可以随意写入,读取和擦除。它还可以在不需要电源的情况下保留数据,防止信息的丢失。据斯特拉诺说,研究人员已经证明,即使在水中漂浮,这些粒子在几个月内仍然是稳定的。 Syncells除了可以像普通的微型机器人一样被应用在工业或者生物医学监测的潜在用途上外,更引人注意的应该是它受控压裂作为生产的方法可以被广泛地应用在其他方面。 Albert Liu表示:“它很可能与2-D材料一起使用,原则上允许未来的研究人员将这些原子薄的表面定制成任何所需的形状或形式,用于其他学术的应用。”
  • 《生态友好和细菌生产的石墨烯材料 - 一项新的研究》

    • 来源专题:纳米科技
    • 编译者:郭文姣
    • 发布时间:2019-08-28
    • 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概述了他们在实验室中使用新技术生产石墨烯材料的方法,即将氧化石墨与细菌混合。 与生产石墨烯材料相比,该方法被认为是具有成本效益,节省时间和环境友好的生产石墨烯材料的方法,并且可以创造出创新的计算机技术和医疗设备。 目标 - 大规模生产石墨烯 这项新研究声称克服了将其用于日常应用的一个主要障碍,即大规模生产石墨烯,同时仍保留其惊人的性能。 “对于真正的应用程序,你需要大量的,”迈耶说。 “产生这些大量的材料具有挑战性,并且通常导致石墨烯更厚且更不纯净。这就是我们的工作所在。“ 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。” Meyer实验室中的细菌生产石墨烯材料 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,但也可以进行修改以与特定分子结合。”经过还原的氧化石墨烯是一种理想的材料,因为它重量轻且导电性很强,但它通常保留了可用于结合目标分子的少量氧基团。 石墨烯 - 一种革命性的纳米材料 石墨烯 - 一层薄如单层原子的碳 - 是一种革命性的纳米材料,因为它具有易于导电的能力,以及其非凡的机械强度和柔韧性。 今天,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,以便创造新的和更有效的计算机,医疗设备和其他先进技术。 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。” ——文章发布于2019年8月2日