Met een 3D-printer en bacterie-inkt kun je heel precies geleidende draadjes grafeen maken, wijst onderzoek van de TU Delft uit.

Al jaren wordt gesproken over wondermateriaal grafeen, met zijn indrukwekkende eigenschappen: sterker dan staal, extreme geleidbaarheid en superflexibeliteit. Maar veel concrete toepassingen zijn er nog niet. Dat heeft deels te maken met het feit dat grote hoeveelheden grafeen maken lastig is. Daar is een oplossing voor: gereduceerde grafeenoxide doet het in sommige gevallen net zo goed. En dankzij 3D-geprinte bacteriën van de TU Delft is dit stofje makkelijker dan ooit te maken.

Geleidende draadjes

Gereduceerde grafeenoxide wordt gemaakt door zuurstofatomen uit grafeenoxide te plukken. Hoe meer zuurstofatomen, hoe meer de stof op grafeen lijkt. Maar voor de reactie is extreme hitte of zijn heftige chemicaliën nodig. De microbeversie is veel goedkoper en milieuvriendelijker. Daarnaast heeft hij een groot voordeel: je kunt er heel precies op bepaalde plekken reduceren. Daardoor kun je als het ware geleidende draadjes binnenin het grafeenoxide maken.

De wetenschappers van de TU Delft laten zien hoe makkelijk het proces is. Ze mixten E.coli-bacteriën met een gel van algen. Vervolgens printten ze het mengsel met een omgebouwde 3D-printer op een petrischaaltje met daarop calciumionen (geladen calciumatomen). Dit deden ze in lijntjes van slechts 1 millimeter breed. De gel werd vast op de plekken waar het schaaltje werd geraakt. Wat volgens de onderzoekers bewees dat de bacteriën goed vast zaten.

Precies afstellen

Het idee is nu om de bacterie Shewanella oneidensis, een zuurstof-reducerende bacterie, te printen op grafeenoxide in specifieke patronen. Vervolgens zouden de zo geprinte draadjes stroom moeten gaan geleiden.

De uitdaging ligt volgens de onderzoekers vooral in het precies afstellen van het groeimedium van de bacteriën. Heb je er te weinig van, dan gaan de microben dood. Is er te veel, dan spreidt het spul te veel uit en is het lastig heel precies te printen.

Lastig proces

Biotechnoloog en hoogleraar Gert-Jan Euverink (RUG) vindt het 3D-printen van bacteriën een mooi idee. “De onderzoekers laten mooi zien hoe bacteriën dankzij een 3D-printer in een 3D-structuur te krijgen zijn waarbij ze ook nog blijven leven.”

Wel denkt Euverink dat het reduceren van grafeenoxide door de bacteriën een stuk makkelijker gezegd dan gedaan is. “Grafeenoxide is een vaste stof en de bacteriën zitten ook vast in de algenmix. De bacteriën komen dus niet direct in contact met het oppervlak van de grafeenoxide, wat reduceren lastig maakt. Daarnaast is Shewanella een bacterie die leeft zonder zuurstof. Het hele proces moet dus ook in zuurstofloze omstandigheden plaatsvinden. Dat kan wel, maar is lastiger.”

“Wat wel zeker kan,” vervolgt Euverink, “is ijzeroxide in de algenmix toevoegen. Als dat door de geprinte bacteriën wordt gereduceerd, dan krijg je op specifieke plekken geleidend ijzer. Zo kun je op die manier elektrisch circuits printen of sensoren maken.”

Ruimtefabrieken

Dit laatste is wat de onderzoekers nu ook van plan zijn. Het ijzeroxide kan uit maanstof worden gehaald. Datzelfde plan bestaat ook voor silicium uit siliciumdioxide. In toekomstige ruimtemissies kunnen fabriekjes worden gebruikt die met behulp van 3D-printers en bacteriën elektrische apparaten in de ruimte kunnen maken.

Het onderzoek wordt volgende maand gepresenteerd op de jaarlijkse bijeenkomst van de Microbiology Society.

Bronnen: Synthetic Biology, NewScientist