Universidad de los Andes, facultad de Ciencias 5

El grafeno: un material versátil

el grafeno es un material bidimensional compuesto únicamente de átomos de carbono con hibridación sp2. en este material cada átomo de carbono se enlaza a otros tres vecinos, formando una estructura laminar altamente compacta de arreglos hexagonales similar a un panal de abejas. Considerado por muchos como un hito en la ciencia de los materiales, el grafeno es una de las formas alotrópicas más interesantes del carbono. Dadas sus caracte-rísticas electrónicas y magnéticas únicas, lo han convertido en un potencial reem-plazo del silicio en la fabricación de dispositivos electrónicos. Particularmente, la posibilidad de que el grafeno se pueda usar en la fabricación de nuevos transisto-res y computadores que operen en el rango de los cientos de gigahertz o terahertz ha generado gran expectativa en los últimos años y ha motivado una gran cantidad de inversión y desarrollo en este campo. adicionalmente, numerosos estudios han revelado sorprendentes posibles aplicaciones de este material en otras áreas como la medicina, la química ambiental y analítica; entre estas se encuentran:

La desalinización del agua. investigadores del mit han demostrado la efectividad de láminas de grafeno con poros de tamaño controlado en la purificación de agua. el grado de la desalinización depende del tamaño de los poros, y su funcionaliza-ción, por ejemplo, con la inclusión de grupos hidroxilo en sus bordes, puede mejo-rar significativamente la separación y el flujo. en general, los resultados del estudio muestran que este material tiene el potencial de superar con creces la eficiencia de los métodos de purificación de agua convencionales, todavía bastante costosos, como la ósmosis inversa [1].

La obtención de alcohol absoluto. en otro ejemplo de separación a escala mole-cular, investigadores de la universidad de manchester mostraron que membranas de óxido de grafeno de grosor micrométrico son completamente impermeables a líquidos y gases, incluido el helio, cuyo radio covalente de 0,28 Å, pero resultan prácticamente transparentes al paso de vapor de agua. los autores atribuyen este curioso efecto al flujo de una monocapa de agua a través de capilares formados entre las distintas láminas del óxido de grafeno que, a la vez, impide la difusión de otras moléculas. en un experimento poco convencional, los autores de este artículo relatan haber sellado una botella de vodka con una de estas membranas y haber

[ notas. QUÍMICA ]

Carlos Andrés Díaz LópezEstudiante de Maestría en Química de la Universidad de los Andes, ca.diaz960@uniandes.edu.co.

6 Hipótesis, apuntes científicos uniandinos, núm. 13, noviembre del 2012

descubierto, posteriormente, que con el tiempo el licor se hacía más y más fuerte. si bien todavía falta mucho para la generalización de su uso en destilerías, estas membranas resultan muy interesantes para aplicaciones que exploten la remoción selectiva de agua [2, 3].

La secuenciación de ADN. reportada por primera vez en el año 2010, esta es quizás una de las aplicaciones más promisorias y relevantes del grafeno en la ciencia médica. Debido a la extrema delgadez –de apenas un átomo de carbono– y altísima conductividad de este material, es posible usarlo a manera de membrana modificada con la presencia de un nanoporo que resulta extremadamente sensible al paso de distintas secuencias de nucleótidos en una hebra de aDn. este sistema tiene un gran potencial de aplicación en la secuenciación ultrarrápida y barata de ácidos nucleicos. sin embargo, todavía hacen falta mejoras signifi-cativas en estos prototipos antes de que puedan ser usados de manera confiable y reproducible para este propósito [4].

Un nuevo agente antibacterial. en un artículo del 2010, publicado por la academia China de las Ciencias, se demuestra la actividad de lámi-nas modificadas de grafeno –particularmente óxido de grafeno y óxido de grafeno reducido– en la inhibición del crecimiento de bacterias E. Coli, con una baja citotoxicidad en células de mamíferos. este nuevo material altamente biocompatible se presenta como una alternativa de bajo costo para el desarrollo de nuevos materiales antibacteriales para aplicaciones ambientales y clínicas [5].

en síntesis, el grafeno es un material altamente versátil que, gracias a sus propiedades únicas, ofrece soluciones alternativas a los proble-

mas y necesidades de muchas industrias, aunque, probablemente, se requieran todavía varios años para ver a alguna de sus aplicaciones completamente realizada. el estudio de este material ofrece oportuni-dades únicas para investigar estas nuevas posibilidades y expandir los horizontes de la ciencia de materiales. •

REFERENCIAS

[1] Cohen-tanugui D, grossman JC. water desalination across

nanoporous graphene. nano letters 2012; 12: 3602-3608.

[2] nair rr, wu Ha, Jayaram Pn, grigorieva iv, geim aK. unimpe-

ded permeation of water through helium-leak-tight graphene-

based membranes. science 2012; 335(6067): 442-444.

[3] tg Daily. team uses graphene film to distil vodka. http://www.

tgdaily.com/general-sciences-features/61058-team-uses-

graphene-film-to-distil-vodka.

[4] garaj s, Hubbard w, reina a, Kong J, Branton D, golovchenko

J. graphene as a sub-nanometer trans-electrode membrane.

nature 2010; 467(7312): 190-193.

[5] Hu w, Peng C, luo w, lv m, li X, li D, Huang q, fan C. gra-

phene-based antibacterial paper. aCs nano 2010; 4(7): 4317-

4323.

[6] Phys.org. first step toward electronic Dna sequencing:

translocation through graphene nanopores. http://phys.org/

news199365879.html#nrlv.

translocación del aDn a través de un nanoporo en la superficie del grafeno [6].