Un foglio di carbonio dello spessore di un atomo, come quelli che si vedono nei segni di matita - offre un grande potenziale per nuovi tipi di dispositivi su scala nanometrica, se è possibile trovare un buon modo per modellare il materiale nelle forme desiderate.

I chimici dell'Università dell'Illinois a Chicago dicono che è possibile, riportando che il grafene può diventare abbastanza flessibile usando solo una nanogoccia d'acqua per fare il lavoro.

"Fino ad ora, non si pensava che potessimo piegare in modo controllato queste strutture, " disse Petr Král, professore assistente di chimica all'UIC. "Ma ora sappiamo come modellare il grafene utilizzando forze deboli tra nanogoccioline accuratamente posizionate su fogli di grafene".

Král e due dei suoi studenti laureati hanno descritto il processo in un recente articolo in Nano lettere, che è evidenziato in Natura la sezione "notizie e opinioni" del 17 dicembre.

Gli ingegneri hanno già tagliato il grafene in nastri stretti e altre forme, ampliando l'insieme dei sistemi carboniosi come i fullereni, nanotubi di carbonio e nanodiamanti. Utilizzando simulazioni al computer, Král ha mostrato che le interazioni molecolari deboli chiamate forze di van der Waals tra le nanogocce d'acqua e il grafene possono modellarlo in un'ampia varietà di forme, senza che l'acqua e il grafene si leghino chimicamente.

"A seconda delle dimensioni della goccia d'acqua e della forma e delle dimensioni del fiocco di grafene utilizzato, possiamo piegarlo in diverse forme per varie applicazioni, " ha detto Král. "È simile al modo in cui le proteine ​​vengono ripiegate nelle cellule biologiche con l'aiuto delle proteine ​​chaperone".

Král e i suoi studenti scoprirono che potevano usare le gocce d'acqua per rotolare, curva, far scorrere e modellare il grafene in diverse strutture complesse come capsule, panini, nodi e anelli:tutti i potenziali elementi costitutivi di nanodispositivi con meccaniche uniche, proprietà elettriche o ottiche. Utilizzando tecniche speciali come la microscopia a forza atomica e aghi microscopici attentamente guidati, gocce d'acqua e altri materiali possono essere posizionati con cura sul grafene per modellarlo nelle forme desiderate, lui dice.

Il laboratorio di Král sta studiando i potenziali usi del grafene su nanoscala, come i modi per rivestirlo con molecole di fosfolipidi che gli permetterebbero di entrare a far parte delle membrane cellulari biologiche dove potrebbe svolgere funzioni specifiche. Il suo laboratorio sta anche progettando pori su nanoscala di fogli di grafene che consentono la costruzione di nuove membrane di separazione ionica e molecolare da utilizzare nella desalinizzazione e in altre applicazioni.

Mentre i materiali con cui lavora sono inorganici, Král vede una crescente tendenza allo sviluppo di sistemi multifunzionali ibridi che combinano nanostrutture inorganiche con sistemi cellulari biologici.

"Stiamo cercando di rilevare segnali dal mondo biologico o passare segnali al mondo biologico, " ha detto. "In futuro, forse le proteine ​​si evolveranno per interagire con i sistemi inorganici. È un modo di evoluzione per formare una nuova interfaccia, o sistema ibrido, lavorare insieme su nuove funzioni."