Waterballon van grafeen is vergrootglas naar handtekeningen van ziekte op moleculair niveau | Grafeen (graphene)
Waterballon van grafeen is vergrootglas naar handtekeningen van ziekte op moleculair niveau

Een grafeen waterballon zou spoedig kunnen leiden tot nieuwe perspectieven voor onderzoekers die ernaar streven om gezondheid en ziekte te begrijpen op het meest fundamentele niveau.

Elektronenmicroscopen voorzien reeds verbazingwekkende heldere foto’s van monsters van slechts een enkele nanometer doorsnede. Maar dat lukt minder vlot als men een goede blik wil op levend weefsel.

“Je kan geen vloeistof in een elektronenmicroscoop aanbrengen,” zegt Tolou Shokuhfar, van Michigan Technological University. “Dus, als je een gehydrateerd monster hebt – en alle levende dingen zijn gehydrateerd – dan hoef je het te bevriezen, als een bosbes in een ijsblokje, en deze in een miljoen dunne delen snijden, zodat de elektronen kunnen passeren.
Pas dan kan je een beeld krijgen om te zien wat er gaande is.”

Na dergelijke behandelingen is de blauwe bes niet meer wat ze was, en evenmin is menselijk weefsel.

Shokuhfar, assistent-professor in de machinebouw – ingenieur mechanica, vroeg zich af of er een manier zou kunnen zijn om biologische monsters hanteerbaarder te maken voor elektronenmicroscopen. Ze sloot ze zich aan bij collega’s uit de Universiteit van Illinois-Chicago (UIC) en samen hebben ze een manier gevonden.

“Je hoeft de bosbes niet te bevriezen, je hoeft niet met een diamantmes te snijden ,” zei ze. “Je zet het gewoon in de elektronenmicroscoop, en je kunt aan de slag, atomen bekijken.”

De truc was om het monster in te kapselen, zodat al het water bleef waar het was terwijl elektronen vrij konden passeren. Om dat te doen wendde het team, met inbegrip van Robert F. Klie, een universitair hoofddocent van de fysica en mechanische en industriële techniek aan UIC, en UIC promovendus Canhui Wang zich tot grafeen.

“Grafeen is een enkele laag van koolstofatomen waar elektronen makkelijk doorheen gaan, maar water niet,” zei Klie.

“Als je een druppel water op grafeen aanbrengt en dekt met grafeen, dan vormt deze kleine ballon van water.”
Het grafeen is stevig genoeg om het water bij te houden, zelfs binnenin het vacuüm van een elektronenmicroscoop.

Het team probeerde de techniek bij een bio-chemische stof die een belangrijke rol in de gezondheid van de mens speelt: ferritine.
“Het is een eiwit dat ijzer opslaat en vrijgeeft, wat van cruciaal belang is voor vele lichaamsfuncties, en als ferritine niet goed werkt, kan het bijdragen aan tal van ziekten, waaronder de ziekte van Alzheimer en kanker,” zei Shokuhfar.

De wetenschappelijk bende maakte een microscopische sandwich met ferritine ondergedompeld in water als de vulling en het brood als grafeen, en verzegelde de randen. Dan, met behulp van een transmissie-elektronenmicroscoop namen ze een aantal beelden die de atoomstructuur van ferritine kon vastleggen.

Bovendien gebruikten de onderzoekers een speciaal type spectroscopie – om verschillende atomaire en elektronische structuren in het ferritine te kunnen identificeren. Deze beelden toonden Ferritine in het vrijgeven van ijzer gelokaliseerd in zijn specifieke vorm.

Als de techniek gebruikt zou worden om ferritine van ziek weefsel te vergelijken met gezond ferritine, kan het nieuwe inzichten bieden in ziekte op moleculaire schaal.

Die vondsten kunnen leiden tot nieuwe behandelingen.

“Ik geloof dat dit ons zal toelaten om handtekeningen van ziekte te identificeren in ferritine en vele andere eiwitten,” zei Shokuhfar.

Het onderzoek werd uitgevoerd aan de Universiteit van Illinois-Chicago.

De afbeelding werd gegenereerd door een elektronenmicroscoop.
De witte stippen zijn de ferritine. De donkerkleurige circel in het midden is een bel gevangen binnenin de grafeen-capsule dat het monster omvat.

Foto: Wang Chanhui
Bron: sciencedaily.com


3D print schaalmodel structuur grafeen