I nanonastri di grafene (GNR) si piegano e si attorcigliano facilmente in soluzione, rendendoli adattabili per usi biologici come l'analisi del DNA, somministrazione di farmaci e applicazioni biomimetiche, secondo gli scienziati della Rice University.

Conoscere i dettagli di come si comportano i GNR in una soluzione contribuirà a renderli adatti per un ampio uso in biomimetica, secondo il fisico di Rice Ching-Hwa Kiang, il cui laboratorio ha impiegato le sue capacità uniche per sondare materiali su scala nanometrica come cellule e proteine ​​in ambienti umidi. I materiali biomimetici sono quelli che imitano le forme e le proprietà dei materiali naturali.

La ricerca condotta dal neolaureato Rice Sithara Wijeratne, ora ricercatore post-dottorato presso l'Università di Harvard, appare sulla rivista Nature Rapporti scientifici .

I nanonastri di grafene possono essere migliaia di volte più lunghi di quanto siano larghi. Possono essere prodotti alla rinfusa "decomprimendo" chimicamente i nanotubi di carbonio, un processo inventato dal chimico della Rice e co-autore James Tour e dal suo laboratorio.

La loro dimensione significa che possono operare sulla scala di componenti biologici come proteine ​​e DNA, ha detto Kiang. "Studiamo le proprietà meccaniche di tutti i diversi tipi di materiali, dalle proteine ​​alle cellule, ma un po' diverso da come fanno gli altri, " ha detto. "Ci piace vedere come si comportano i materiali in soluzione, perché è lì che si trovano le cose biologiche." Kiang è un pioniere nello sviluppo di metodi per sondare gli stati energetici delle proteine ​​mentre si piegano e si dispiegano.

Ha detto che Tour ha suggerito al suo laboratorio di dare un'occhiata alle proprietà meccaniche dei GNR. "È un po' di lavoro in più studiare queste cose in soluzione piuttosto che a secco, ma questa è la nostra specialità, " lei disse.

I nanoribbon sono noti per aggiungere forza ma non peso ai compositi allo stato solido, come telai di biciclette e racchette da tennis, e formare una matrice elettricamente attiva. Un recente progetto di Rice li ha infusi in un efficiente rivestimento antighiaccio per gli aerei.

Ma in un ambiente più soffice, la loro capacità di adattarsi alle superfici, portare corrente e rinforzare i compositi potrebbe anche essere prezioso.

"Si scopre che il grafene si comporta abbastanza bene, in qualche modo simile ad altri materiali biologici. Ma la parte interessante è che si comporta in modo diverso in una soluzione rispetto a quanto fa in aria, " ha detto. I ricercatori hanno scoperto che come il DNA e le proteine, i nanonastri in soluzione formano naturalmente pieghe e anse, ma può anche formare elicoidi, rughe e spirali.

Kiang, Wijeratne e Jingqiang Li, un coautore e studente nel laboratorio di Kiang, utilizzato la microscopia a forza atomica per testare le loro proprietà. La microscopia a forza atomica può non solo raccogliere immagini ad alta risoluzione, ma anche effettuare misurazioni sensibili della forza dei nanomateriali tirandoli. I ricercatori hanno sondato i GNR e i loro precursori, nanonastri di ossido di grafene.

I ricercatori hanno scoperto che tutti i nanonastri diventano rigidi sotto stress, ma la loro rigidità aumenta man mano che le molecole di ossido vengono rimosse per trasformare i nanonastri di ossido di grafene in GNR. Hanno suggerito che questa capacità di regolare la loro rigidità dovrebbe aiutare con la progettazione e la fabbricazione di interfacce GNR-biomimetiche.

"I materiali di grafene e ossido di grafene possono essere funzionalizzati (o modificati) per integrarsi con vari sistemi biologici, come il DNA, proteine ​​e persino cellule, " ha detto Kiang. "Questi sono stati realizzati in dispositivi biologici, rilevamento di biomolecole e medicina molecolare. La sensibilità dei biodispositivi al grafene può essere migliorata utilizzando materiali di grafene stretti come i nanonastri".

Wijeratne ha notato che i nanonastri di grafene sono già in fase di test per l'uso nel sequenziamento del DNA, in cui i filamenti di DNA vengono tirati attraverso un nanoporo in un materiale elettrificato. I componenti di base del DNA influenzano il campo elettrico, che può essere letto per identificare le basi.

I ricercatori hanno visto la biocompatibilità dei nanonastri come potenzialmente utile per i sensori che potrebbero viaggiare attraverso il corpo e riferire su ciò che trovano, non diversamente dai nanoreporter del Tour lab che recuperano informazioni dai pozzi di petrolio.

Ulteriori studi si concentreranno sull'effetto della larghezza dei nanonastri, che vanno da 10 a 100 nanometri, sulle loro proprietà.