По словам физика Райса Чинг-Хва Кианга, знание деталей того, как ЗНЛ ведет себя в растворе, поможет сделать их пригодными для широкого использования в биомиметике, чья лаборатория использовала свои уникальные возможности для исследования наноразмерных материалов, таких как клетки и белки, во влажной среде. Биомиметические материалы — это материалы, имитирующие формы и свойства природных материалов.
Исследование, проведенное недавней выпускницей школы Райс Ситарой Виджератне, ныне докторантом Гарвардского университета, опубликовано в журнале Nature Journal Scientific Reports.
Наноленты графена могут быть в тысячи раз длиннее своей ширины. Их можно производить оптом путем химического «распаковывания» углеродных нанотрубок — процесса, изобретенного химиком Райса и соавтором Джеймсом Туром и его лабораторией.
Их размер означает, что они могут работать в масштабе биологических компонентов, таких как белки и ДНК, сказал Кианг. «Мы изучаем механические свойства всех видов материалов, от белков до клеток, но немного отличающиеся от того, как это делают другие люди», — сказала она. «Нам нравится видеть, как материалы ведут себя в растворе, потому что именно там находятся биологические объекты."Кианг является пионером в разработке методов исследования энергетических состояний белков, когда они складываются и разворачиваются.
Она сказала, что Тур предложил ее лаборатории изучить механические свойства GNR. «Это небольшая дополнительная работа, чтобы изучить эти вещи в растворе, а не в сухом виде, но это наша специальность», — сказала она.
Наноленты известны тем, что добавляют прочности, но не веса твердотельным композитам, таким как велосипедные рамы и теннисные ракетки, и образуют электрически активную матрицу.
Недавний проект Rice включил их в эффективное антиобледенительное покрытие для самолетов.
Но в более мягкой среде их способность приспосабливаться к поверхностям, проводить ток и укреплять композиты также может быть ценной.
"Оказывается, графен ведет себя достаточно хорошо, чем-то напоминает другие биологические материалы. Но самое интересное в том, что в растворе он ведет себя иначе, чем в воздухе », — сказала она.
Исследователи обнаружили, что, как и ДНК и белки, наноленты в растворе естественным образом образуют складки и петли, но также могут образовывать геликоиды, морщины и спирали.
Кианг, Виджератне и Цзинцян Ли, соавтор и студент лаборатории Кианг, использовали атомно-силовую микроскопию для проверки своих свойств. С помощью атомно-силовой микроскопии можно не только собирать изображения с высоким разрешением, но и проводить чувствительные измерения силы наноматериалов, натягивая их. Исследователи исследовали ЗНЛ и их предшественники, наноленты оксида графена.
Исследователи обнаружили, что все наноленты становятся жесткими под воздействием напряжения, но их жесткость увеличивается по мере удаления молекул оксида, превращающих наноленты оксида графена в ГНЛ. Они предположили, что эта способность настраивать их жесткость должна помочь в разработке и производстве интерфейсов GNR-биомиметики.
«Графен и материалы оксида графена могут быть функционализированы (или модифицированы) для интеграции с различными биологическими системами, такими как ДНК, белки и даже клетки», — сказал Кианг. «Они были реализованы в биологических устройствах, обнаружении биомолекул и молекулярной медицине. Чувствительность графеновых биоустройств можно улучшить, используя узкие графеновые материалы, такие как наноленты."
Виджератне отметил, что графеновые наноленты уже тестируются для использования в секвенировании ДНК, при котором нити ДНК протягиваются через нанопоры в наэлектризованном материале. Базовые компоненты ДНК влияют на электрическое поле, которое можно прочитать, чтобы идентифицировать основания.
Исследователи сочли биосовместимость нанолент потенциально полезной для датчиков, которые могут перемещаться по телу и сообщать о том, что они обнаруживают, в отличие от нанорепортеров лаборатории Tour, которые получают информацию из нефтяных скважин.
Дальнейшие исследования будут сосредоточены на влиянии ширины нанолент, которая составляет от 10 до 100 нанометров, на их свойства.