(Phys.org) —Een grafeenwaterballon kan binnenkort nieuwe perspectieven openen voor wetenschappers die gezondheid en ziekte op het meest fundamentele niveau willen begrijpen.

Elektronenmicroscopen leveren al verbazingwekkend heldere beelden van monsters met een doorsnede van slechts enkele nanometers. Maar als je eens goed naar levend weefsel wilt kijken, kijk nog eens.

"Je kunt geen vloeistof in een elektronenmicroscoop doen, " zegt Tolou Shokuhfar, van de Technische Universiteit van Michigan. "Dus, als je een gehydrateerd monster hebt - en alle levende wezens zijn gehydrateerd - moet je het invriezen, als een bosbes in een ijsblokje, en snijd het in een miljoen dunne stukjes, zodat de elektronen er doorheen kunnen. Alleen dan kun je het in beeld brengen om te zien wat er aan de hand is."

Na een dergelijke behandeling de bosbes is niet wat het was, en evenmin menselijk weefsel. Shokuhfar, een assistent-professor werktuigbouwkunde-engineering mechanica, vroeg zich af of er misschien een manier is om elektronenmicroscopen vriendelijker te maken voor biologische monsters. Op die manier, je zou een veel beter beeld kunnen krijgen van wat er werkelijk aan de hand is op subcellulair niveau.

Dus sloot ze zich aan bij collega's van de Universiteit van Illinois-Chicago (UIC), en samen vonden ze een manier. "Je hoeft de bosbes niet in te vriezen, je hoeft het niet in stukken te snijden met een diamanten mes, "zei ze. "Je stopt het gewoon in de elektronenmicroscoop, en je kunt naar beneden gaan en de atomen zien."

De truc was om het monster zo in te kapselen dat al het water bleef zitten terwijl de elektronen er vrij doorheen gingen. Om dat te doen, het team, waaronder Robert F. Klie, een universitair hoofddocent natuurkunde en mechanische en industriële techniek aan UIC, en UIC-afgestudeerde student Canhui Wang, omgezet in grafeen.

"Grafeen is slechts een enkele laag koolstofatomen, en elektronen kunnen er gemakkelijk doorheen gaan, maar water niet, " zei Klie. "Als je een druppel water op grafeen doet en er grafeen op legt, het vormt deze kleine waterballon." Het grafeen is sterk genoeg om het water binnen te houden, zelfs binnen het vacuüm van een elektronenmicroscoop.

Het team probeerde hun techniek uit op een biochemische stof die een belangrijke rol speelt in de menselijke gezondheid:ferritine. "Het is een eiwit dat ijzer opslaat en afgeeft, die van cruciaal belang is voor veel lichaamsfuncties, en als ferritine niet goed werkt, het kan bijdragen aan tal van ziekten, waaronder de ziekte van Alzheimer en kanker, ' zei Shokuhfar.

Het team maakte een microscopisch broodje, met ferritine ondergedompeld in water als vulling en grafeen als brood, en verzegelde de randen. Vervolgens, met behulp van een scanning transmissie-elektronenmicroscoop, ze hebben verschillende afbeeldingen gemaakt die de atomaire structuur van ferritine laten zien. In aanvulling, ze gebruikten een speciaal type spectroscopie om verschillende atomaire en elektronische structuren in het ferritine te identificeren. Die beelden toonden aan dat het ferritine ijzer aan het vrijmaken was en bepaalden de specifieke vorm ervan.

Als de techniek werd gebruikt om ferritine uit ziek weefsel te vergelijken met gezond ferritine, het zou nieuwe inzichten kunnen verschaffen in ziekte op moleculair niveau. Die ontdekkingen kunnen leiden tot nieuwe behandelingen. "Ik geloof dat dit ons in staat zal stellen ziektesignaturen in ferritine en vele andere eiwitten te identificeren, ' zei Shokuhfar.