研究:用蛋白纖維和石墨烯合成的紙
日期：2012-05-10 08:28:12
瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院的研究小組將蛋白纖維和石墨烯混合，由此制成的新型納米復(fù)合紙“多才多藝”，可記憶形狀、測(cè)量酶的活性，也可完全生物降解。該研究成果刊登在最新一期的《自然—納米技術(shù)》期刊上。
這個(gè)研究小組帶頭人、該大學(xué)食品和軟質(zhì)材料科學(xué)教授拉斐爾說(shuō)，這種新型“紙”是由蛋白質(zhì)和石墨烯交替疊層，經(jīng)真空過(guò)濾機(jī)干燥成薄片，類似通過(guò)纖維制造普通紙的做法。這種新材料的制作過(guò)程可以用相對(duì)簡(jiǎn)單的手段實(shí)現(xiàn)。在這種情況下，牛奶中的蛋白質(zhì)——β-乳球蛋白在酸性溶液中在高溫下先變性，其在變性過(guò)程中的產(chǎn)物是懸浮于水中的蛋白質(zhì)纖維，而這些纖絲最后可作為疏水的石墨薄片的穩(wěn)定劑，以使其精細(xì)地分散在水中，然后通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的過(guò)濾技術(shù)加工成納米復(fù)合材料。
這種具有罕見性質(zhì)且由不同材料組合而成的納米復(fù)合材料，兼具了蛋白纖維和石墨烯的優(yōu)點(diǎn)于一身。一方面，石墨烯具有機(jī)械性能強(qiáng)、可導(dǎo)電以及天生高防水的特點(diǎn)；另一方面，蛋白質(zhì)纖維具有生物活性，并能凝固水。這些使得新材料在不同濕度條件下可以吸收水分和改變形狀。當(dāng)吸水時(shí)，它可以變形，而當(dāng)烘干后又恢復(fù)了原來(lái)的形狀。其可被用于水中的傳感器或加濕器里。
這種材料最有趣的特點(diǎn)是，可以作為一種生物傳感器精確測(cè)量酶的活性。由于酶可以消化和分解蛋白質(zhì)纖維，這就改變了復(fù)合材料的阻抗力，一旦將石墨烯紙納入到電路中，其就可以被測(cè)量出來(lái)。這種功能令研究者興奮地聲稱“發(fā)現(xiàn)了一種新的常規(guī)衡量酶的活性的方法”。
該材料還可以滿足其他設(shè)計(jì)需求。例如，其中石墨烯的比例越高，材料便具有更好的導(dǎo)電性；如果含有更多的纖維，這種材料便可吸收更多的水分，而且隨著濕度的變化其會(huì)增強(qiáng)變形。
在特定條件下，這種方法可以擴(kuò)展至利用不同類型的蛋白質(zhì)，如從雞蛋、血清和大豆中獲取。研究人員受以前對(duì)淀粉樣纖維和石墨烯不斷研究的激發(fā)，結(jié)合這兩種成分生成這樣一個(gè)新型“多才多藝”的復(fù)合材料。并且，該材料完全可以生物降解。研究人員說(shuō)：“如今，石墨烯紙已不再是一個(gè)稀奇事物，現(xiàn)通過(guò)淀粉樣纖維組合創(chuàng)建了這種合成材料的一個(gè)新類型。”
