ويعتقد مهندسون من جامعة ولاية كانساس بالولايات المتحدة الأمريكية أن قدرات المادة الرقيقة للغاية كثيرة
يقود الباحث فيكاس بيري، أستاذ الهندسة الكيميائية في جامعة كانساس، بحثًا يدمج المواد البيولوجية مع الجرافين - وهي مادة كربونية تم تطويرها مؤخرًا ويبلغ سمكها ذرة واحدة فقط. يوضح الباحث: "إن الجمع بين المواد البيولوجية والجرافين يعزز استخدام هذه المادة خطوة إلى الأمام". "هذه المادة، التي تم اكتشافها قبل أربع سنوات فقط، تظهر بالفعل عددًا كبيرًا من القدرات."
لفحص الجرافين، يعتمد الباحثون على مجهر القوة الذرية (AFM) لمساعدتهم على مراقبة ومعالجة هذه الصفائح الرقيقة من الكربون. يقول الباحث: "إن العمل بهذه المادة أمر رائع بكل بساطة". "إن أهم ما يميز الجرافين يكمن في حقيقة أن الإلكترونات الموجودة فيه قادرة على التحرك دون تدخل، وبسرعة قريبة من سرعة الضوء وفي درجة حرارة الغرفة. في العادة يجب أن تصل إلى الصفر المطلق، أي حوالي مائتين وثلاثة وسبعين درجة مئوية تحت الصفر لتتمكن الإلكترونات من التحرك بهذه السرعة."
أحد تطورات هذا العالم هو مستشعر الحمض النووي. على أساس الجرافين. أثناء حركة الإلكترونات في الجرافين، تتغير سرعتها عندما تتلامس مع الحمض النووي المعزول. ولاحظ الباحثون هذا التغيير عن طريق قياس الموصلية الكهربائية. ونشر البحث في المجلة العلمية Nano-Letters.
"معظم أجهزة استشعار الحمض النووي يوضح الباحث: "إنها بصرية، لكن لدينا كهربائية". "نحن نتعاون حاليًا مع باحثين من كلية الطب بجامعة هارفارد لتطوير جهاز قادر على "استشعار" الخلايا السرطانية في الدم." مجال آخر من أبحاثه هو ربط الأجسام المضادة بالجرافين وفحص هذه المجموعة ضد وجود البكتيريا. ويشير الباحث إلى أن "معظم الباحثين يركزون على الجرافين النقي، لكننا نحضره بشكل غير نقي".
استخدم مهندسان كيميائيان من مجموعته البحثية نوعًا من البكتيريا الشائعة في الأرز وخلطوها مع المادة. واكتشفوا أن الجرافين الذي ارتبطت به الأجسام المضادة يغلف كامل حجم البكتيريا التي تظل نشطة لمدة اثنتي عشرة ساعة تقريبًا.
ويشير الباحث الرئيسي إلى أن التطبيقات المحتملة لهذه النتائج تشمل بطارية فعالة تعمل بالبكتيريا، عندما يمكن استخدام بكتيريا من نوع الجيوباتر، المعروفة باسم منتج الإلكترون، لتغطيتها بالجرافين لتوليد الكهرباء.
ويضيف الباحث: "يعد علم المواد مجالًا مثيرًا للإعجاب حيث يمكن الاستفادة من عدد من المبادئ الكمومية التي تعمل على المستوى الجزيئي، كما يعد علم الأحياء مجالًا مثيرًا للإعجاب آخر يتضمن مجموعة متنوعة من الآليات البيوكيميائية الفريدة". "ومع ذلك، في معظم الأحيان، هاتان المنطقتان منفصلتان تمامًا. إذا كنت قادرا على ربط هاتين المنطقتين، فإن الاحتمالات غير محدودة. على سبيل المثال، من الممكن معالجة البكتيريا كآلة تحتوي على مكونات ذات حجم جزيئي واستخدام نشاط هذه المكونات في أجهزة مختلفة." وفي أطروحته للدكتوراه، استخدم الباحث نفسه بكتيريا لتطوير جهاز استشعار للرطوبة. ويوضح قائلاً: "لم يكن هذا ممكناً إلا بفضل الجمع بين علم المواد والعلوم البيولوجية".
مجال آخر من أبحاثه هو تقلص وتمديد الوصلات الجزيئية بين الجسيمات النانوية. ويوضح الباحث أن مجموعته طورت جهازًا زنبركيًا جزيئيًا قادرًا على تقلص وتمديد الملفات، التي تتصرف بشكل مشابه للزنبركات، مما يسمح للباحثين بفحص كيفية عودتها إلى حالتها الأصلية. ويوضح أنه يمكن استخدام هذه التكنولوجيا لإنشاء ساعات توقيت جزيئية يمكن فيها للنشاط الزنبركي للجسيمات المتحللة الموجودة على الشريحة أن يغلق الدائرة الكهربائية. كانت الفكرة وراء هذا النهج هي وضع الجهاز داخل جهاز طرد مركزي وتمديد الجزيئات باستخدام قوة الطرد المركزي.
