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科学家利用 3D 打印细菌制造石墨烯

2024-12-26 206

荷兰台夫特理工大学(Delft University of Technology)的研究者以 3D 打印将细菌印在精准的线上,将石墨烯氧化物的氧原子“带走”做出类似石墨烯的材料。这项研究成果已经被发表于美国化学学会合成生物学期刊(ACS Synthetic Biology),并在 4 月于英国爱丁堡举办的微生物学年会中呈现。

石墨稀碳原子所构成的一层薄膜,是目前最轻又最坚硬的材料,这样的特性使它成目前最炙手可热的材料,但却也非常难以取得。一般来说,制造品质良好的石墨烯需要耗费大量的资金,过程不仅缓慢,还需要用到许多具有毒性的化合物。虽然目前仍然距离能够以简单方法制造石墨烯还有一大段距离,台夫特理工大学的研究团队研发出以 3D 打印方式制造出与石墨烯非常相似的材料。

这项新技术的关键在于以 3D 打印细菌。研究者发现细菌可以以 3D 打印精准的呈列堆积,并将石墨烯氧化物转变成与石墨烯相似的材料。原理是细菌在代谢过程中能够将消耗氧原子并将石墨烯氧化物还原。这个还原的过程也可以透过加热或者化合物处理来进行,但研究者表示,利用细菌的方法更便宜,也对环境影响较小。

研究团队改装一台桌上型 3D 打印机,以它将细菌打印在只有 1 毫米宽的直线上。以 3D 打印细菌并不是什么惊人的壮举,但研究者将大肠杆菌与一种藻类所产生的胶体混合,将这样的混合物印在含有钙离子的盘子上,让胶体碰到钙离子时就会被硬化,借此使细菌能够被固定在确切的位置。

研究团队认为透过这样的方式我们最终就能够以 3D 打印印出在缺氧,充满重金属元素环境下生存的 Shewanella oneidensis 细菌,借由这类型的细菌能够将石墨烯氧化物还原的生理特性来制造石墨烯。值得一提的是,这种方法比一般制造石墨烯的方法操作更简单,也不需要在极端温度下进行或者用到有毒性的化学药剂。

台夫特理工大学奈米生物科学博士 Anne Meyer 表示,当我们能够将石墨烯氧化物还原得越彻底,它就越接近石墨烯。而且过程很简单,只要在有糖分的室温水中就能够进行。只要 3D 打印细菌的技术继续提升,就能被运用于将细小的导线加到石墨烯氧化物的表面上,使其不具有导电性,这样可以更容易的将菌液精确的堆积在石墨烯氧化物上。

研究人员未来还希望能够将这个技术运用在月球尘(lunar dust)含有的物质上,将有助于在太空中建造电子仪器。

  • Scientists use bacteria with 3D printer to produce graphene
  • A Straightforward Approach for 3D Bacterial Printing

(图片来源:ACS Publications)

2019-03-19 18:31:00

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