Để chế tạo máy tính, thiết bị y tế và các thiết bị tiên tiến khác theo cách hiệu quả hơn, các nhà nghiên cứu đang chuyển sang sử dụng vật liệu nano. Đó là vật liệu được sản xuất trên quy mô của các nguyên tử hoặc phân tử có tính chất độc đáo.

Graphene là vật liệu nano nổi tiếng về tính chất dễ dẫn điện, cũng như độ bền cơ học và độ dẻo. Tuy nhiên, trở ngại lớn trong việc sử dụng graphene cho các ứng dụng hàng ngày là sản xuất graphene trên quy mô lớn, trong khi vẫn duy trì được các tính chất của vật liệu.

Trong một bài báo đăng trên tạp chí ChemOpen, nhóm nghiên cứu tại trường Đại học Rochester và Đại học Công nghệ Delft ở Hà Lan đã mô tả cách vượt qua rào cản này. Các nhà khoa học đưa ra phương pháp sản xuất vật liệu graphene bằng kỹ thuật mới, đó là trộn than chì oxy hóa với vi khuẩn. Phương pháp này có chi phí hiệu quả, tiết kiệm thời gian và thân thiện với môi trường hơn so với các phương pháp sản xuất hóa học và có thể dẫn đến sự ra đời của các công nghệ máy tính và thiết bị y tế mới.

Graphene được chiết xuất từ ​​than chì. Với độ dày chính xác là một nguyên tử, graphene là vật liệu hai chiều mỏng nhất nhưng mạnh nhất cho đến nay các nhà nghiên cứu biết đến. Các nhà khoa học tại trường Đại học Manchester ở Vương quốc Anh đã được trao giải thưởng Nobel Vật lý năm 2010 cho công trình nghiên cứu phát hiện ra graphene; tuy nhiên, phương pháp sử dụng băng dính để tạo ra graphene chỉ mang lại khối lượng nhỏ vật liệu.

"Đối với các ứng dụng thực tế, cần có khối lượng lớn graphene", PGS. Anne S. Meyer, đồng tác giả nghiên cứu nói. "Sản xuất graphene số lượng lớn gặp nhiều khó khăn và thường làm cho graphene dày và kém tinh khiết hơn”.

Để sản xuất khối lượng lớn vật liệu graphene, nhóm nghiên cứu đã tẩy than chì để làm bong các lớp than chì tạo ra graphene oxit (GO) và sau đó trộn chúng với vi khuẩn Shewanella. Tiếp đến, các nhà khoa học đã để cốc trộn vi khuẩn và vật liệu tiền chất qua đêm, trong thời gian đó vi khuẩn đã biến GO thành vật liệu graphene.

"Graphene oxit dễ sản xuất, nhưng không dẫn điện do tác động của tất cả các nhóm oxy trong đó", PGS. Meyer nói. "Vi khuẩn khử hầu hết các nhóm oxy, biến nó thành vật liệu dẫn điện".

Dù vật liệu graphene được tạo ra từ vi khuẩn, có tính dẫn điện, nhưng nó mỏng và ổn định hơn so với graphene được sản xuất bằng phương pháp hóa học. Graphene cũng có thể được lưu giữ trong thời gian dài hơn, nên phù hợp cho nhiều ứng dụng, bao gồm bộ cảm biến sinh học bóng bán dẫn hiệu ứng trường (FET) và mực dẫn điện. Cảm biến sinh học FET là thiết bị phát hiện phân tử sinh học và có thể được sử dụng cho nhiều mục đích như theo dõi đường huyết trong thời gian thực cho bệnh nhân tiểu đường.

"Khi các phân tử sinh học liên kết với thiết bị, chúng sẽ thay đổi độ dẫn của bề mặt, truyền tín hiệu cho thấy sự hiện diện của phân tử", PGS. Meyer nói. "Để chế tạo bộ cảm biến sinh học FET hiệu quả, cần có vật liệu dẫn điện tốt nhưng có thể được điều chỉnh để liên kết với các phân tử cụ thể". Graphene oxit đã được khử, là vật liệu lý tưởng vì nó nhẹ và dẫn điện tốt, nhưng nó thường giữ lại số lượng nhỏ các nhóm oxy dùng để liên kết với các phân tử mục tiêu.

Vật liệu graphene từ vi khuẩn cũng là cơ sở tạo ra các loại mực dẫn điện dùng để sản xuất bàn phím máy tính, bảng mạch hoặc dây điện nhỏ hơn như ứng dụng phá băng cho kính chắn gió xe hơi. Sử dụng mực dẫn điện là một phương thức dễ dàng, tiết kiệm hơn để sản xuất mạch điện khi so sánh với các kỹ thuật truyền thống. Mực dẫn điện cũng có thể giúp sản xuất các mạch điện trên các vật liệu phi truyền thống như vải hoặc giấy.

N.P.D (NASATI), theo https://phys.org/news/2019-07-future-bacteria.html, 7/2019