Grafenballon giver hidtil usete billeder af hydrerede proteinmolekyler

(Phys.org) — En vandballon af grafen kan snart åbne nye udsigter for forskere, der søger at forstå sundhed og sygdom på det mest fundamentale niveau.

Elektronmikroskoper giver allerede forbløffende klare billeder af prøver blot et par nanometer på tværs. Men hvis du vil have et godt kig på levende væv, se igen.

"Du kan ikke putte væske i et elektronmikroskop, " siger Tolou Shokuhfar, fra Michigan Technological University. "Så, hvis du har en hydreret prøve - og alle levende ting er hydrerede - skal du fryse den, som et blåbær i en isterning, og skær det i en million tynde stykker, så elektronerne kan passere igennem. Først da kan du afbilde det for at se, hvad der foregår."

Efter en sådan behandling, blåbæret er ikke, hvad det var, og det er menneskeligt væv heller ikke. Shokuhfar, en assisterende professor i maskinteknik-ingeniørmekanik, spekulerede på, om der kunne være en måde at gøre elektronmikroskoper mere venlige over for biologiske prøver. Den vej, du kan få et meget bedre overblik over, hvad der virkelig foregår på det subcellulære niveau.

Så hun sluttede sig til kolleger ved University of Illinois-Chicago (UIC), og sammen fandt de en vej. "Du behøver ikke fryse blåbærene, du behøver ikke skære den op med en diamantkniv, " sagde hun. "Du har bare lagt det i elektronmikroskopet, og du kan komme ned og se atomerne."

Tricket var at indkapsle prøven, så alt vandet blev siddende, mens elektronerne passerede frit igennem. At gøre det, holdet, herunder Robert F. Klie, en lektor i fysik og maskin- og industriteknik ved UIC, og UIC kandidatstuderende Canhui Wang, blev til grafen.

"Graphene er kun et enkelt lag af kulstofatomer, og elektroner kan let gå igennem det, men vand gør det ikke, " sagde Klie. "Hvis du putter en dråbe vand på grafen og topper den med grafen, det danner denne lille ballon af vand." Grafenen er stærk nok til at holde vandet inde, selv inden for et elektronmikroskops vakuum.

Holdet prøvede deres teknik på et biokemisk stof, der spiller en stor rolle for menneskers sundhed:ferritin. "Det er et protein, der lagrer og frigiver jern, som er afgørende for mange kropsfunktioner, og hvis ferritin ikke virker rigtigt, det kan være medvirkende til mange sygdomme, herunder Alzheimers og kræft, " sagde Shokuhfar.

Holdet lavede en mikroskopisk sandwich, med ferritin nedsænket i vand som fyld og grafen som brød, og forseglede kanterne. Derefter, ved hjælp af et scanningstransmissionselektronmikroskop, de fangede en række billeder, der viser ferritins atomare struktur. Ud over, de brugte en særlig type spektroskopi til at identificere forskellige atomare og elektroniske strukturer i ferritinen. Disse billeder viste, at ferritinen frigav jern og udpegede dens specifikke form.

Hvis teknikken blev brugt til at sammenligne ferritin taget fra sygt væv med sundt ferritin, det kunne give ny indsigt i sygdom på molekylært niveau. Disse opdagelser kan føre til nye behandlinger. "Jeg tror, ​​at dette vil give os mulighed for at identificere sygdomssignaturer i ferritin og mange andre proteiner, " sagde Shokuhfar.