Onderzoekers van de Universiteit van Göttingen hebben een nieuwe methode ontwikkeld die gebruikmaakt van de ongebruikelijke eigenschappen van grafeen om elektromagnetisch te interageren met fluorescerende (lichtgevende) moleculen. Met deze methode kunnen wetenschappers extreem kleine afstanden optisch meten, in de orde van 1 ångström (een tien miljardste van een meter) met een hoge nauwkeurigheid en reproduceerbaarheid voor de eerste keer. Hierdoor konden onderzoekers optisch de dikte van lipide dubbellagen meten, het spul dat de membranen van alle levende cellen maakt. De resultaten zijn gepubliceerd in Natuurfotonica .

Onderzoekers van de Universiteit van Göttingen onder leiding van professor Enderlein gebruikten een enkel vel grafeen, slechts één atoom dik (0,34 nm), om de emissie van lichtemitterende (fluorescerende) moleculen te moduleren wanneer ze in de buurt van de grafeenplaat kwamen. De uitstekende optische transparantie van grafeen en het vermogen om de emissie van moleculen door de ruimte te moduleren, maakten het tot een uiterst gevoelig hulpmiddel voor het meten van de afstand van afzonderlijke moleculen tot de grafeenplaat. De nauwkeurigheid van deze methode is zo goed dat zelfs de kleinste afstandsveranderingen van ongeveer 1 Angstrom kunnen worden opgelost. De wetenschappers konden dit aantonen door losse moleculen boven een grafeenlaag af te zetten. Vervolgens konden ze hun afstand bepalen door hun lichtemissie te volgen en te evalueren. Deze door grafeen geïnduceerde modulatie van moleculaire lichtemissie biedt een extreem gevoelige en nauwkeurige "liniaal" voor het bepalen van posities van afzonderlijke moleculen in de ruimte. Ze gebruikten deze methode om de dikte te meten van enkelvoudige lipidedubbellagen die bestaan ​​uit twee lagen vetzuurketenmoleculen en een totale dikte hebben van slechts enkele nanometers.

"Onze methode heeft een enorm potentieel voor superresolutiemicroscopie omdat het ons in staat stelt om afzonderlijke moleculen met nanometerresolutie niet alleen lateraal te lokaliseren (zoals bij eerdere methoden), maar ook met vergelijkbare nauwkeurigheid langs de derde richting, die echte driedimensionale optische beeldvorming mogelijk maakt op de lengteschaal van macromoleculen, " zegt Arindam Ghosh, de eerste auteur van het artikel.

"Dit wordt een krachtig hulpmiddel met tal van toepassingen om afstanden op te lossen met een nauwkeurigheid van minder dan nanometers in individuele moleculen, moleculaire complexen, of kleine cellulaire organellen, " voegt professor Jörg Enderlein toe, de corresponderende auteur van de publicatie en hoofd van het Third Institute of Physics (Biophysics) waar het werk plaatsvond.