Wetenschap
Artist impression van een grafeenvel. Krediet: De Universiteit van Manchester
(Phys.org) —Sterker dan staal, maar slechts één atoom dik - recent onderzoek met behulp van het 2D-wondermateriaal grafeen zou de sleutel kunnen zijn om de mysteries rond de structuur en het gedrag van eiwitten in de zeer nabije toekomst te ontrafelen.
Wetenschappers van de Universiteit van Manchester en de SuperSTEM-faciliteit, die is gevestigd in het Daresbury Laboratory van STFC en wordt gefinancierd door de Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC), hebben ontdekt dat de meest kwetsbare, microscopische materialen kunnen onder de microscoop worden beschermd tegen de schadelijke effecten van straling als ze worden 'ingeklemd' tussen twee vellen grafeen. De techniek zou binnenkort de sleutel kunnen zijn om de directe studie van elk afzonderlijk atoom in een eiwitketen mogelijk te maken, nog iets te bereiken, en een revolutie teweegbrengen in ons begrip van celstructuur, hoe het immuunsysteem reageert op virussen en helpt bij het ontwerpen van nieuwe antivirale geneesmiddelen.
Door de structuur van enkele van de kleinste objecten te observeren, zoals eiwitten en andere gevoelige 2D-materialen, op atomaire schaal vereist een krachtige elektronenmicroscoop. Dit is buitengewoon moeilijk omdat de straling van de elektronenbundel het zeer kwetsbare object dat wordt afgebeeld kan vernietigen voordat er bruikbare gegevens nauwkeurig kunnen worden vastgelegd. Echter, door kwetsbare objecten tussen twee vellen grafeen te beschermen, kunnen ze langer worden afgebeeld zonder schade onder de elektronenstraal, waardoor het mogelijk is om elk afzonderlijk atoom in de structuur kwantitatief te identificeren. Deze techniek is zeer succesvol gebleken op de testcase van een fragiel anorganisch 2D-kristal en de resultaten die in het tijdschrift zijn gepubliceerd ACS Nano .
Tijdens dit onderzoek is het team van wetenschappers, waaronder Sir Kostya Novoselov, die in 2010 de Nobelprijs voor Natuurkunde deelde voor het exploiteren van de opmerkelijke eigenschappen van grafeen, waren in staat om de effecten te observeren van het inkapselen van een microscopisch kristal van een ander zeer kwetsbaar 2D-materiaal, molybdeen di-sulfide, tussen twee vellen grafeen. Ze ontdekten dat ze een hoge elektronenstraal konden toepassen op direct beeld, identificeer en verkrijg volledige chemische analyse van elk atoom in het molybdeendisulfideblad, zonder door straling schade aan het materiaal te veroorzaken.
Dr. Recep Zan van de Universiteit van Manchester, die het onderzoeksteam leidde, zei:"Grafeen is een miljoen keer dunner dan papier, maar sterker dan staal, met fantastische mogelijkheden op het gebied van elektronica tot energie. Maar dit onderzoek toont aan dat het potentieel ervan in de biochemie ook net zo belangrijk kan zijn, en zou uiteindelijk allerlei toepassingen in de biotechnologische arena kunnen openen."
Professor Quentin Ramasse, Wetenschappelijk directeur van SuperSTEM voegde toe:"Wat dit onderzoek aantoont, gaat niet zozeer over grafeen zelf, maar hoe het de details en nauwkeurigheid kan beïnvloeden waarmee we andere anorganische 2D-materialen of zeer fragiele moleculen rechtstreeks kunnen bestuderen. Tot nu toe was dit meestal mogelijk door minder directe en vaak gecompliceerde methoden zoals eiwitkristallografie die geen directe visualisatie van het betreffende object opleveren. Deze nieuwe mogelijkheid is bijzonder opwindend omdat het de weg zou kunnen effenen om bijvoorbeeld elk afzonderlijk atoom in een eiwitketen in beeld te brengen, iets dat onze ontwikkeling van behandelingen voor aandoeningen zoals kanker aanzienlijk zou kunnen beïnvloeden, Alzheimer en HIV."
Wetenschap © https://nl.scienceaq.com