Hvad kan en grafensandwich afsløre om proteiner?

(Phys.org) - Stærkere end stål, men kun et atom tykt - nyeste forskning ved hjælp af 2D mirakelmaterialet grafen kan være nøglen til at låse op for mysterierne omkring proteiners struktur og adfærd i den nærmeste fremtid.

Forskere ved University of Manchester og SuperSTEM -anlægget, som er placeret på STFC's Daresbury Laboratory og finansieret af Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC), har opdaget, at den mest skrøbelige, mikroskopiske materialer kan beskyttes mod de skadelige virkninger af stråling, når de er under mikroskopet, hvis de er 'klemt' mellem to ark grafen. Teknikken kan snart være nøglen til at muliggøre direkte undersøgelse af hvert enkelt atom i en proteinkæde, noget der endnu ikke skal opnås, og revolutionere vores forståelse af cellestruktur, hvordan immunsystemet reagerer på vira og hjælper med at designe nye antivirale lægemidler.

Iagttagelse af strukturen af ​​nogle de mindste af objekter, såsom proteiner og andre følsomme 2D -materialer, på atomskala kræver et kraftigt elektronmikroskop. Dette er usædvanligt svært, fordi strålingen fra elektronstrålen kan ødelægge det meget skrøbelige objekt, der afbildes, før nyttige data kan registreres nøjagtigt. Imidlertid, ved at beskytte skrøbelige genstande mellem to ark grafen betyder det, at de kan afbildes længere uden skader under elektronstrålen, gør det muligt kvantitativt at identificere hvert enkelt atom i strukturen. Denne teknik har vist sig meget vellykket på testkassen af ​​en skrøbelig in-organisk 2D-krystal og resultaterne offentliggjort i tidsskriftet ACS Nano .

Under denne forskning, forskerholdet, som omfattede Sir Kostya Novoselov, som delte en nobelpris i fysik i 2010 for at udnytte grafens bemærkelsesværdige egenskaber, var i stand til at observere virkningerne af indkapsling af en mikroskopisk krystal af et andet meget skrøbeligt 2D -materiale, molybdæn di-sulfid, mellem to ark grafen. De fandt ud af, at de var i stand til at anvende en høj elektronstråle til direkte billede, identificere og opnå fuldstændig kemisk analyse af hvert atom i molybdæn-di-sulfidarket uden at forårsage defekter på materialet gennem stråling.

University of Manchester's Dr Recep Zan, der ledede forskergruppen, sagde:"Graphene er en million gange tyndere end papir, endnu stærkere end stål, med et fantastisk potentiale inden for områder fra elektronik til energi. Men denne forskning viser, at dets potentiale inden for biokemi også kan være lige så vigtigt, og i sidste ende kunne åbne op for alle mulige anvendelser inden for bioteknologisk arena. "

Professor Quentin Ramasse, Videnskabelig direktør ved SuperSTEM tilføjede:"Hvad denne forskning viser, handler ikke så meget om selve grafen, men hvordan det kan påvirke detaljerne og nøjagtigheden, hvormed vi direkte kan studere andre uorganiske 2D -materialer eller meget skrøbelige molekyler. Indtil nu har dette for det meste været muligt gennem mindre direkte og ofte komplicerede metoder såsom proteinkrystallografi, som ikke giver en direkte visualisering af det pågældende objekt. Denne nye kapacitet er særligt spændende, fordi den kunne bane vejen til at kunne forestille sig hvert enkelt atom i en proteinkæde, f.eks. noget, der i væsentlig grad kan påvirke vores udvikling af behandlinger for tilstande som kræft, Alzheimers og hiv. "