(Phys.org) -- Forskare ledda av Raffaele Mezzenga, professor i mat- och mjukmaterialvetenskap, har skapat en ny nanokomposit gjord av grafen och proteinfibriller:ett speciellt papper, som kombinerar de bästa egenskaperna hos båda komponenterna.

De runda arken som Raffaele Mezzenga försiktigt lyfter från en petriskål är blanka och svarta. När du tittar på detta lilla papper, man kunde knappt föreställa sig att den består av ett nytt nanokompositmaterial, med några oöverträffade och unika egenskaper, utvecklad i ETH-professorns laboratorium.

Detta nya "papper" är gjort av omväxlande lager av protein och grafen. De två komponenterna kan blandas i olika sammansättningar, bringas i lösning, och torkas till tunna ark genom ett vakuumfilter - "på samma sätt som man brukar göra vid tillverkning av vanligt papper av cellulosa", säger Mezzenga. "Denna kombination av olika material med ovanliga egenskaper ger en ny nanokomposit med några stora fördelar, säger ETH-professorn. Till exempel, materialet är helt biologiskt nedbrytbart.

"Graphene paper" har formminnesfunktioner

Grafen är mekaniskt starkt och elektriskt ledande, såväl som, mycket vattenavvisande av naturen. Å andra sidan, proteinfibrillerna är biologiskt aktiva och kan binda vatten. Detta gör att det nya materialet kan absorbera vatten och ändra form under varierande luftfuktighetsförhållanden. Vidare, "grafenpapperet" har formminnesfunktioner så att det kan deformeras när det adsorberar vatten, och återställ den ursprungliga formen vid torkning. Detta kan användas, till exempel, antingen i vattensensorer eller fuktaktuatorer.

Men "den mest intressanta egenskapen är att vi kan använda detta material som en biosensor för att exakt mäta aktiviteten hos enzymer, " säger Mezzenga. Enzymer kan smälta och bryta ner proteinfibrillerna. Detta förändrar kompositens motstånd, vilket är en mätbar storhet när grafenpappret är inkorporerat i en elektrisk krets. "Denna funktion är för mig, den trevligaste delen av historien. Sett från denna vinkel, vi skulle kunna hävda att vi har upptäckt en ny allmän metod för att mäta enzymaktivitet”, säger ETH-professorn.

Materialet kan även utformas för att möta andra behov. Till exempel, ju högre andel grafen, desto bättre leder den elektricitet. Å andra sidan, ju fler fibriller finns, ju mer vatten kan absorberas av detta material, med ökade deformationer som svar på fuktighetsförändringar.

Intressant, detta nya material kan tillverkas med relativt enkla medel. Proteinet, I detta fall, beta-laktoglobulin, ett mjölkprotein, denatureras först av höga temperaturer i en sur lösning. Slutprodukterna av denna denatureringsprocess är proteinfibriller suspenderade i vatten; dessa fibriller fungerar sedan som stabilisatorer för de hydrofoba grafenarken och låter dem finfördelas i vatten och bearbetas till nanokompositer med en enkel filtreringsteknik.

Konceptet kan utökas

Med tanke på den utbredda tendensen hos proteiner att bilda fibriller, under särskilda förhållanden, detta koncept kan utökas, i princip till andra livsmedelsproteiner, som de som finns i ägg, blodserum och soja. Beta-laktoglobulinfibrillerna som används i arbetet som leds av Mezzenga smälts specifikt av pepsin, ett enzym som finns i magen för att möjliggöra nedbrytning av flera livsmedelskomponenter. Dock, att variera proteintyperna skulle kunna ge en ny metod för att rikta in sig på en mycket större klass av enzymer.

Inspirerade av deras tidigare forskning om amyloidfibriller och av uppkomsten av grafen, ETH-forskarna har kombinerat dessa två byggstenar för att skapa en ny klass av mångsidiga och funktionella material. "Nuförtiden, grafenpapper är inte längre en nyhet”, säger Mezzenga, "det är kombinationen med amyloidfibriller som är central för denna nya klass av hybridmaterial".