Met een infrarood laser tekenen onderzoekers grafeenfiguren op allerlei soorten voedsel, zoals brood en aardappelen. In de toekomst leidt dit mogelijk tot voedsel met kleine antennes of biosensoren. Zo is de herkomst van voedsel te traceren en kunnen bacteriën worden gedetecteerd.

Grafeen bestaat uit een enkele laag koolstofatomen die een honingraatstructuur vormen. Het materiaal geleidt stroom heel goed, waardoor het aantrekkelijk is als bouwsteen voor compacte elektronica (lees: 'Inkt met grafeen voor flexibele elektronica').
 

Schuim

Met de laser schreven de onderzoekers een 'R' op een aardappel.
Bron: Chyan et al. ACS Nano 2018.

Wetenschappers van Rice University waren al in staat om met een laser grafeenfiguren te maken op plastic. Ze noemen dit laser-geïnduceerd grafeen: een soort schuim dat bestaat uit kleine grafeenvlokjes die aan elkaar vast zitten. Nu is het ze ook gelukt om dit soort figuren te maken op etenswaren, zoals aardappelen.
 

Laser

Dit doen de onderzoekers in twee stappen. Bij de eerste stap gebruiken ze een gefocusseerde laserstraal (golflengte in het infrarood), die de nette organisatie van koolstofatomen verstoort. De laser schudt de atomen door elkaar, waardoor enkel ‘koolstofrommel’ overblijft: roet. Om schade te voorkomen, wordt een laserstraal met een vermogen van minder dan 4 W gebruikt.

Het roet is nodig voor de tweede stap, waarbij de laser weer van pas komt. In roetvorm absorbeert koolstof veel infrarood licht, waardoor de infraroodlaser roet kan omzetten in grafeen. Hiervoor gebruiken de wetenschappers een niet-gefocusseerde laserstraal. Dit betekent dat de energie niet in één punt terecht komt, maar zich over een groter oppervlak verspreidt; zo gaat het proces sneller. Om voldoende energie te leveren, wordt het oppervlak meerdere keren bestraald.

 

Schematische weergave van het 'tekenproces'. Bron: Chyan et al. ACS Nano 2018

 

Met hun methode maakten de wetenschappers grafeenfiguren op allerlei soorten voedsel, zoals aardappelen en kokosnoten. Op andere materialen, zoals kurk en papier, werkte het ook.


Voedsel gelabeld

Het schrijven met een laser kan in de toekomst mogelijk dienen om voedsel te labellen met een RFID-antenne (radiofrequentie-identificatie), gemaakt van grafeen. Die houdt dan bijvoorbeeld gegevens bij over de geschiedenis van het eten, zoals waar het vandaan komt, wanneer het is bereid en hoe lang het al in de winkel ligt. Bovendien is het grafeen mogelijk bruikbaar in biosensoren, die bacteriën in voedsel kunnen detecteren.

Maar het zal nog wel een paar jaar duren voordat zulk eten in de schappen ligt. Om te beginnen moet natuurlijk de veiligheid getest worden. Daarnaast blijft het de vraag of de consument wel zit te wachten op deze eetbare elektronica.

Openingsfoto: uil getekend op een geroosterde boterham met de laser. Credit: Rice University.