Mit einer amerikanisch-niederländischen Entwicklung lässt sich das Material Graphen kostengünstig in großen Mengen herstellen. Das ermöglicht den Einsatz in Alltagsgegenständen, etwa in Biosensoren für Diabetiker und langlebige Autoreifen.

Graphen ist reißfester als Stahl. Es ist elastisch, leitet elektrischen Strom, ist abriebfest und hat noch andere erstaunliche Eigenschaften. Es könnte eine Vielzahl von Produkten veredeln, wenn es in perfekter Struktur massenhaft hergestellt werden könnte.

Das ist jetzt in Sicht. Forscher an der University of Rochester im US-Bundesstaat New York und der Technischen Universität Delft in den Niederlanden haben ein ungewöhnliches Produktionsverfahren entwickelt. Dass Anne Meyer Biologieprofessorin in Rochester ist, spielt dabei eine entscheidende Rolle. Sie lässt die Natur für sich arbeiten, genauer Meeresbakterien der Gattung Shewanella, die in Sedimenten und Böden vorkommen.

Bakterien haben es auf Sauerstoff abgesehen

Zunächst stellt sie mit ihrem Team Graphenoxid aus Graphit her, das als Mine von Bleistiften jedermann kennt. „Das geht ganz leicht“, sagt die Biologin. Dieses Material hat bereits in Ansätzen einige der graphentypischen Eigenschaften. Für eine Anwendung reicht das jedoch nicht aus. Es enthält zu viele Sauerstoffgruppen, die unter anderem die Leitfähigkeit negativ beeinflussen. Das pulverförmige Graphenoxid vermischen die Forscher mit den Bakterien und lassen es einfach einen Tag lang stehen. In dieser Zeit entfernen die Mikroorganismen den größten Teil der Sauerstoffgruppen. Ein paar bleiben übrig, die später noch gebraucht werden.

Bei dieser Prozedur entstehe einlagiges Graphen, also eine Folie aus bienenwabenförmig angeordneten Kohlenstoffatomen. Es ist, anders als bei der Herstellung auf chemischem Weg, frei von Fehlstellen, sieht man von einzelnen Sauerstoffgruppen ab, und tatsächlich nur eine Atomlage dick, wie es die strenge Lehre fordert. Dieses Material sei dünner und fester als Graphen, das auf chemischem Weg hergestellt wird, sagt Meyer. Aus diesem Grund erfülle es höhere Anforderungen.

Biosensor für Diabetes-Patienten

Als Biologin denkt sie als erstes an biologische Anwendungen. Aus dem Bakteriengraphen ließen sich Biosensoren herstellen, die auf Feldeffekttransistoren (FET) basieren, sagt sie. Hier kommen die Sauerstoffgruppen zum Einsatz. Sie sorgen dafür, dass die Biomoleküle, die es zu registrieren gilt, an die Oberfläche des Sensors andocken. Hier verändern sie die elektrische Leitfähigkeit, sodass der Transistor aktiviert wird und ein Signal sendet: „Molekül gefunden“.  Ein solcher Sensor könnte beispielsweise den Blutzuckergehalt von Diabetes-Patienten kontinuierlich überwachen.

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