Første brug af grafen til at opdage kræftceller

Hvad kan grafen ikke? Du kan skrabe "opdag kræft" af listen.

Ved at forbinde hjerneceller til grafen, forskere ved University of Illinois i Chicago har vist, at de kan differentiere en enkelt hyperaktiv kræftcelle fra en normal celle, viser vejen til at udvikle en enkel, ikke-invasivt værktøj til tidlig kræftdiagnose.

"Dette grafensystem er i stand til at detektere aktivitetsniveauet for en interfacecelle, " siger Vikas Berry, lektor og leder af kemiteknik ved UIC, der ledede forskningen sammen med Ankit Mehta, assisterende professor i klinisk neurokirurgi ved UIC College of Medicine.

"Graphene er det tyndeste kendte materiale og er meget følsomt over for, hvad der end sker på dets overflade, " sagde Berry. Nanomaterialet er sammensat af et enkelt lag af kulstofatomer forbundet i et sekskantet hønsetrådsmønster, og alle atomerne deler en sky af elektroner, der bevæger sig frit omkring overfladen.

"Cellens grænseflade med grafen omarrangerer ladningsfordelingen i grafen, som ændrer energien af ​​atomvibrationer som detekteret ved Raman-spektroskopi, " sagde Berry, henviser til en kraftfuld arbejdshest-teknik, der rutinemæssigt bruges til at studere grafen.

Atomvibrationsenergien i grafens krystalgitter er forskellig afhængig af, om den er i kontakt med en kræftcelle eller en normal celle, Berry sagde, fordi kræftcellens hyperaktivitet fører til en højere negativ ladning på dens overflade og frigivelse af flere protoner.

"Det elektriske felt omkring cellen skubber elektroner væk i grafens elektronsky, " han sagde, som ændrer kulstofatomernes vibrationsenergi. Ændringen i vibrationsenergi kan lokaliseres ved Raman-kortlægning med en opløsning på 300 nanometer, han sagde, tillader karakterisering af aktiviteten af ​​en enkelt celle.

Studiet, rapporteret i journalen ACS anvendte materialer og grænseflader , så på dyrkede menneskelige hjerneceller, sammenligne normale astrocytter med deres kræftsyge modstykke, den meget ondartede hjernetumor glioblastoma multiforme. Teknikken bliver nu undersøgt i en musemodel af kræft, med resultater, der er "meget lovende, " sagde Berry. Eksperimenter med patientbiopsier ville være længere nede af vejen.

"Når en patient har fået en hjernetumoroperation, vi kunne bruge denne teknik til at se, om tumoren vender tilbage, " sagde Berry. "For dette, vi ville have brug for en celleprøve, vi kunne interface med grafen og se for at se, om kræftceller stadig er til stede."

Den samme teknik kan også virke til at skelne mellem andre typer celler eller aktiviteten af ​​celler.

"Vi kan muligvis bruge det med bakterier for hurtigt at se, om stammen er Gram-positiv eller Gram-negativ, " sagde Berry. "Vi kan muligvis bruge det til at opdage seglceller."

Tidligere i år, Berry og andre kolleger introducerede nanoskala krusninger i grafen, får det til at lede anderledes i vinkelrette retninger, nyttig til elektronik. De rynkede grafenet ved at drapere det over en streng af stavformede bakterier, derefter vakuum-krympe bakterierne.

"Vi tog det tidligere arbejde og vendte det om, " sagde Berry. "I stedet for at lægge grafen på celler, vi lagde celler på grafen og studerede grafens atomare vibrationer."