מהנדסים מאוניברסיטת Kansas State שבארה”ב מאמינים כי יכולותיו של חומר דקיק ביותר הינן רבות
החוקר Vikas Berry, פרופסור להנדסת כימיה באוניברסיטת קנזס, מוביל מחקר הממזג בין חומרים ביולוגיים לבין גרפן (graphene) – חומר פחמני שפותח לאחרונה ועוביו אטום יחיד בלבד. “השילוב של חומרים ביולוגיים וגרפן מקדם את השימוש בחומר הזה שלב קדימה,” מסביר החוקר. “חומר זה, שהתגלה רק לפני ארבע שנים, כבר עכשיו מפגין מספר רב של יכולות.”
לשם בחינת הגרפן, החוקרים מסתמכים על מיקרוסקופ כוח אטומי (AFM) שמסייע להם לצפות ולתפעל את יריעות הפחמן הדקיקות הללו. “העבודה עם החומר הזה פשוט מרתקת,” אומר החוקר. “המאפיין המשמעותי ביותר של גרפן טמון בעובדה כי האלקטרונים שבו מסוגלים לנוע ללא הפרעות, במהירות הקרובה למהירות האור ובטמפרטורת החדר. בדרך-כלל צריך להגיע לאפס המוחלט – כלומר, כמאתיים שבעים ושלוש מעלות צלזיוס מתחת לאפס בכדי לגרום לאלקטרונים לנוע במהירות שכזו.”
אחד מפיתוחיו של מדען זה הינו חיישן ד.נ.א. מבוסס-גרפן. בזמן תנועתם של האלקטרונים בגרפן, הם משנים את מהירותם במגעם עם פרודת ד.נ.א. החוקרים הבחינו בשינוי זה באמצעות מדידת המוליכות החשמלית. המחקר פורסם בכתב-העת המדעי Nano-Letters.
“רוב חיישני הד.נ.א. הינם אופטיים, אולם זה שלנו הינו חשמלי,” מסביר החוקר. “כרגע אנו משתפים פעולה עם חוקרים מביה”ס לרפואה באוניברסיטת הרווארד לשם פיתוח התקן המסוגל ל”חוש” תאים סרטניים בדם.” תחום מחקר נוסף שלו הינו חיבור נוגדנים לגרפן ובחינת מערך זה מול נוכחות חיידקים. “רוב החוקרים מתמקדים בגרפן טהור, אולם אנו מכינים אותו באופן לא-טהור,” מציין החוקר.
שני מהנדסי כימיה מקבוצת המחקר שלו השתמשו בסוג חיידק הנפוץ באורז וערבבו אותו עם החומר. הם גילו כי גרפן שאליו חוברו נוגדנים עוטף את כל נפח החיידק שנותר פעיל כשתי-עשרה שעות.
החוקר הראשי מציין כי יישומים אפשריים של ממצאים אלו כוללים סוללה יעילה המופעלת באמצעות חיידקים, כאשר ניתן להשתמש בחיידק מסוג geobater, הידוע כמפיק אלקטרונים, לשם כיסויו ע”י גרפן להפקת חשמל.
“מדע החומרים הינו תחום מרשים בו ניתן לנצל מספר עקרונות קוונטיים הפועלים ברמה המולקולארית, וביולוגיה הינה תחום מרשים נוסף הכולל מגוון מנגנונים ביוכימיים ייחודיים,” מוסיף החוקר. “אולם, לרוב, שני תחומים אלו נפרדים לחלוטין. אם אתה מסוגל לחבר בין שני תחומים אלו, היכולות הינן בלתי-מוגבלות. לדוגמא, אפשר להתייחס לחיידק כמכונה בעלת רכיבים בגודל מולקולארי ולהשתמש בפעילות של רכיבים אלו בהתקנים מגוונים.” בעבודת הדוקטור שלו, החוקר עצמו השתמש בחיידק לפיתוח חיישן לחות. “הדבר היה אפשרי רק בזכות השילוב של מדע החומרים עם מדע הביולוגיה,” הוא מסביר.
תחום מחקר נוסף שלו הינו כיווץ ומתיחה של צמתים מולקולאריים בין ננו-חלקיקים. החוקר מסביר כי קבוצתו פיתחה התקן של קפיץ מולקולארי המסוגל לכווץ ולמתוח פרודות, המתנהגות בדומה לקפיצים, ולאפשר בכך לחוקרים לבחון כיצד הן חוזרות למצבן המקורי. הוא מסביר כי טכנולוגיה זו תוכל לשמש ליצירת שעוני-עצר מולקולאריים בהם פעילות הקפיץ של פרודות מתפרקות הממוקמות על שבב תוכל לסגור מעגל חשמלי. הרעיון שמאחורי גישה זו היה למקם את ההתקן בתוך סרכזת (צנטריפוגה) ולמתוח את הפרודות באמצעות הכוח הצנטריפוגלי.
