Grafeen komt naar voren als een veelzijdig nieuw oppervlak om modelcelmembranen te assembleren die die in het menselijk lichaam nabootsen, met potentieel voor toepassingen in sensoren voor het begrijpen van biologische processen, ziektedetectie en drugsscreening.

Inschrijven Natuurcommunicatie , onderzoekers van de Universiteit van Manchester onder leiding van Dr. Aravind Vijayaraghavan, en Dr. Michael Hirtz van het Karlsruhe Institute of Technology (KIT), hebben aangetoond dat membranen direct op een grafeenoppervlak kunnen worden 'geschreven' met behulp van een techniek die bekend staat als Lipid Dip-Pen Nanolithography (L-DPN).

Het menselijk lichaam bevat 100 biljoen cellen, die elk zijn omhuld door een celmembraan dat in wezen een fosfolipide dubbellaags membraan is. Deze celmembranen hebben een overvloed aan eiwitten, ionkanalen en andere daarin ingebedde moleculen, elk met vitale functies.

Het is essentieel, daarom, om deze systemen te bestuderen en te begrijpen, waardoor hun toepassing op gebieden zoals bio-sensing, biokatalyse en medicijnafgifte. Aangezien het moeilijk is om dit te bereiken door levende cellen in het menselijk lichaam te bestuderen, wetenschappers hebben modelcelmembranen ontwikkeld op oppervlakken buiten het lichaam, om de systemen en processen onder meer geschikte en toegankelijke omstandigheden te bestuderen.

Het team van Dr. Vijayaraghavan in Manchester en hun medewerkers bij KIT hebben aangetoond dat grafeen een opwindend nieuw oppervlak is waarop deze modelmembranen kunnen worden geassembleerd, en brengt veel voordelen met zich mee ten opzichte van bestaande ondergronden.

Dr. Vijayaraghavan zei:"Ten eerste, de lipiden verspreiden zich gelijkmatig over grafeen om hoogwaardige membranen te vormen. Grafeen heeft unieke elektronische eigenschappen; het is een halfmetaal met afstembare geleidbaarheid.

"Als de lipiden bindingsplaatsen bevatten, zoals het enzym biotine, we laten zien dat het actief bindt met een eiwit dat streptavidine wordt genoemd. Ook, wanneer we geladen lipiden gebruiken, er is ladingsoverdracht van de lipiden naar grafeen, waardoor het dopingniveau in grafeen verandert. Al deze samen kunnen worden benut om nieuwe soorten op grafeen/lipiden gebaseerde biosensoren te produceren."

Dr. Michael Hirtz (KIT) legt de L-DPN-techniek uit:"De techniek maakt gebruik van een zeer scherpe punt met een top in het bereik van enkele nanometers als middel om lipidemembranen op oppervlakken te schrijven op een manier die vergelijkbaar is met wat een ganzenveer doet met inkt op papier.Het kleine formaat van de punt en de precisiemachine die deze bestuurt, maakt natuurlijk veel kleinere patronen mogelijk, kleiner dan cellen, en zelfs tot op nanoschaal."

"Door arrays van deze tips te gebruiken, kunnen meerdere verschillende mengsels van lipiden parallel worden geschreven, waardoor patronen van subcellulaire afmetingen met diverse chemische samenstelling mogelijk zijn."