科學家利用 3D 列印細菌製造石墨烯

作者 | 發布日期 2017 年 04 月 17 日 14:22 | 分類 3D列印 , 材料 follow us in feedly

荷蘭台夫特理工大學(Delft University of Technology)的研究者以 3D 列印將細菌印在精準的線上,將石墨烯氧化物的氧原子「帶走」做出類似石墨烯的材料。這項研究成果已經被發表於美國化學學會合成生物學期刊(ACS Synthetic Biology),並在 4 月於英國愛丁堡舉辦的微生物學年會中呈現。



石墨稀碳原子所構成的一層薄膜,是目前最輕又最堅硬的材料,這樣的特性使它成目前最炙手可熱的材料,但卻也非常難以取得。一般來說,製造品質良好的石墨烯需要耗費大量的資金,過程不僅緩慢,還需要用到許多具有毒性的化合物。雖然目前仍然距離能夠以簡單方法製造石墨烯還有一大段距離,台夫特理工大學的研究團隊研發出以 3D 列印方式製造出與石墨烯非常相似的材料。

這項新技術的關鍵在於以 3D 列印細菌。研究者發現細菌可以以 3D 列印精準的呈列堆積,並將石墨烯氧化物轉變成與石墨烯相似的材料。原理是細菌在代謝過程中能夠將消耗氧原子並將石墨烯氧化物還原。這個還原的過程也可以透過加熱或者化合物處理來進行,但研究者表示,利用細菌的方法更便宜,也對環境影響較小。

研究團隊改裝一台桌上型 3D 列印機,以它將細菌列印在只有 1 公厘寬的直線上。以 3D 列印細菌並不是甚麼驚人的壯舉,但研究者將大腸桿菌與一種藻類所產生的膠體混合,將這樣的混合物印在含有鈣離子的盤子上,讓膠體碰到鈣離子時就會被硬化,藉此使細菌能夠被固定在確切的位置。

研究團隊認為透過這樣的方式我們最終就能夠以 3D 列印印出在缺氧,充滿重金屬元素環境下生存的 Shewanella oneidensis 細菌,藉由這類型的細菌能夠將石墨烯氧化物還原的生理特性來製造石墨烯。值得一提的是,這種方法比一般製造石墨烯的方法操作更簡單,也不需要在極端溫度下進行或者用到有毒性的化學藥劑。

台夫特理工大學奈米生物科學博士 Anne Meyer 表示,當我們能夠將石墨烯氧化物還原得越徹底,它就越接近石墨烯。而且過程很簡單,只要在有糖份的室溫水中就能夠進行。只要 3D 列印細菌的技術繼續提升,就能被運用於將細小的導線加到石墨烯氧化物的表面上,使其不具有導電性,這樣可以更容易的將菌液精確的堆積在石墨烯氧化物上。

研究人員未來還希望能夠將這個技術運用在月球塵(lunar dust)含有的物質上,將有助於在太空中建造電子儀器。

(圖片來源:ACS Publications) 

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