(PhysOrg.com) -- Het is een mantel die alle andere overtreft:een microscopische koolstofmantel gemaakt van grafeen die de manier waarop bacteriën en andere cellen worden afgebeeld zou kunnen veranderen.

Vikas Berry, assistent-professor chemische technologie aan de Kansas State University, en zijn onderzoeksteam omwikkelen bacteriën met grafeen om de huidige uitdagingen aan te gaan met beeldvormende bacteriën onder elektronenmicroscopen. Berry's methode creëert een koolstofmantel die de bacteriën beschermt, waardoor ze op hun natuurlijke grootte kunnen worden afgebeeld en de resolutie van de afbeelding wordt verhoogd.

Grafeen is een vorm van koolstof die slechts één atoom dik is, waardoor het verschillende belangrijke eigenschappen heeft:het is ondoordringbaar, het is het sterkste nanomateriaal, het is optisch transparant en heeft een hoge thermische geleidbaarheid.

"Grafeen is het materiaal van de volgende generatie, "Zei Berry. "Hoewel slechts een atoom dik, grafeen laat zelfs de kleinste moleculen niet door. Verder, het is sterk en zeer flexibel, zodat het zich aan elke vorm kan aanpassen."

Berry's team doet al drie jaar onderzoek naar grafeen, en Berry zagen onlangs een verband tussen grafeen en onderzoek naar celbeeldvorming. Omdat grafeen ondoordringbaar is, hij besloot het materiaal te gebruiken om de grootte van bacteriële cellen te behouden die werden afgebeeld onder hoogvacuümelektronenmicroscopen.

De onderzoeksresultaten verschijnen in het artikel "Impermeable Graphenic Encasement of Bacteria, " die werd gepubliceerd in een recent nummer van Nano-letters , een maandelijks wetenschappelijk tijdschrift uitgegeven door de American Chemical Society. Het voorlopige onderzoek van het team verscheen in 2010 in Nature News.

De huidige uitdaging met celbeeldvorming doet zich voor wanneer wetenschappers elektronenmicroscopen gebruiken om bacteriële cellen in beeld te brengen. Omdat deze microscopen een hoog vacuüm vereisen, ze verwijderen water uit de cellen. Biologische cellen bevatten 70 tot 80 procent water, en het resultaat is een sterk gekrompen cel. Als resultaat, het is een uitdaging om een ​​nauwkeurig beeld te krijgen van de cellen en hun componenten in hun natuurlijke staat.

Maar Berry en zijn team creëerden een oplossing voor de beelduitdaging door grafeen toe te passen. Het grafeen fungeert als een ondoordringbare mantel rond de bacteriën, zodat de cellen water vasthouden en niet krimpen onder het hoge vacuüm van elektronenmicroscopen. Dit levert een microscopisch beeld op van de cel op zijn natuurlijke grootte.

De koolstofmantels kunnen op twee manieren om de bacteriën worden gewikkeld. De eerste methode is om een ​​vel grafeen op de bacteriën te leggen, net als bedekken met een laken. De andere methode omvat het omwikkelen van de bacteriën met een grafeenoplossing, waar de grafeenvellen de bacteriën inbakeren. In beide gevallen werden de grafeenvellen gefunctionaliseerd met een eiwit om de binding met de bacteriële celwand te verbeteren.

Onder het hoogvacuüm van een elektronenmicroscoop, de verpakte bacteriën veranderden gedurende 30 minuten niet in grootte, wetenschappers genoeg tijd geven om ze te observeren. Dit is een direct gevolg van de hoge sterkte en ondoordringbaarheid van de grafeenmantel, zei Berry.

De andere buitengewone eigenschappen van grafeen verbeteren de beeldresolutie in microscopie. De elektronentransparantie maakt een zuivere beeldvorming van de cellen mogelijk. Omdat grafeen een goede geleider is van warmte en elektriciteit, de lokale elektronische oplading en verwarming wordt uitgevoerd vanuit de grafeenmantel, goed zicht op de bacteriecel geven. Onverpakte bacteriecellen zien er donker uit met een niet te onderscheiden celwand.

"Uniek, grafeen heeft alle eigenschappen die nodig zijn om bacteriën met hoge resoluties in beeld te brengen, "Zei Berry. "Het project biedt een zeer eenvoudige route om monsters in hun oorspronkelijke natte staat af te beelden."

Het proces heeft potentieel om toekomstig onderzoek te beïnvloeden. Wetenschappers hebben altijd problemen gehad met het observeren van vloeistofmonsters onder elektronenmicroscopen, maar door koolstofmantels te gebruiken, kunnen ze natte monsters in een vacuüm afbeelden. De sterke en ondoordringbare eigenschappen van grafeen zorgen ervoor dat verpakte cellen gemakkelijk kunnen worden afgebeeld zonder ze te verslechteren. Berry zei dat het in de toekomst mogelijk zou kunnen zijn om grafeen te gebruiken om bacteriën in een vacuüm in leven te houden terwijl ze de biochemie ervan onder een microscoop observeren.

Het onderzoek maakt ook de weg vrij voor verbeterde eiwitmicroscopie. Eiwitten gedragen zich anders wanneer ze droog zijn en wanneer ze zich in een waterige oplossing bevinden. Tot nu toe zijn de meeste eiwitonderzoeken uitgevoerd in droge fasen, maar het onderzoek van Berry kan het mogelijk maken dat eiwitten meer worden waargenomen in waterige omgevingen.

"Dit onderzoek zou het punt van evolutie kunnen zijn voor het verwerken van gevoelige monsters met grafeen om verbeterde beeldvorming te bereiken, ' zei Bes.