Wat kan grafeen niet? U kunt "kanker detecteren" van die lijst schrappen.

Door hersencellen te verbinden met grafeen, onderzoekers van de Universiteit van Illinois in Chicago hebben aangetoond dat ze een enkele hyperactieve kankercel kunnen onderscheiden van een normale cel, de weg wijzen naar het ontwikkelen van een eenvoudige, niet-invasief hulpmiddel voor vroege diagnose van kanker.

"Dit grafeensysteem kan het activiteitsniveau van een gekoppelde cel detecteren, " zegt Vikas Berry, universitair hoofddocent en hoofd chemische technologie bij UIC, die samen met Ankit Mehta het onderzoek leidde, assistent-professor klinische neurochirurgie aan het UIC College of Medicine.

"Grafeen is het dunste bekende materiaal en is erg gevoelig voor alles wat er op het oppervlak gebeurt, "Zei Berry. Het nanomateriaal is samengesteld uit een enkele laag koolstofatomen die zijn verbonden in een zeshoekig kippengaaspatroon, en alle atomen delen een wolk van elektronen die vrij over het oppervlak bewegen.

"De interface van de cel met grafeen herschikt de ladingsverdeling in grafeen, die de energie van atomaire trillingen wijzigt zoals gedetecteerd door Raman-spectroscopie, "Bes zei, verwijzend naar een krachtige werkpaardtechniek die routinematig wordt gebruikt om grafeen te bestuderen.

De atomaire trillingsenergie in het kristalrooster van grafeen verschilt afhankelijk van of het in contact is met een kankercel of een normale cel, Bes zei, omdat de hyperactiviteit van de kankercel leidt tot een hogere negatieve lading op het oppervlak en het vrijkomen van meer protonen.

"Het elektrische veld rond de cel duwt elektronen weg in de elektronenwolk van grafeen, " hij zei, die de trillingsenergie van de koolstofatomen verandert. De verandering in trillingsenergie kan worden gelokaliseerd door Raman-mapping met een resolutie van 300 nanometer, hij zei, waardoor karakterisering van de activiteit van een enkele cel mogelijk is.

De studie, gerapporteerd in het journaal ACS toegepaste materialen en interfaces , gekeken naar gekweekte menselijke hersencellen, het vergelijken van normale astrocyten met hun kankerachtige tegenhanger, de zeer kwaadaardige hersentumor glioblastoma multiforme. De techniek wordt nu bestudeerd in een muismodel van kanker, met resultaten die "zeer veelbelovend zijn, " Zei Berry. Experimenten met biopsieën van patiënten zouden verder op de weg zijn.

"Als een patiënt een hersentumoroperatie heeft ondergaan, we kunnen deze techniek gebruiken om te zien of de tumor terugvalt, "Zei Berry. "Hiervoor, we zouden een celmonster nodig hebben dat we kunnen koppelen aan grafeen en kijken of er nog kankercellen aanwezig zijn."

Dezelfde techniek kan ook werken om onderscheid te maken tussen andere soorten cellen of de activiteit van cellen.

"We kunnen het misschien gebruiken met bacteriën om snel te zien of de stam Gram-positief of Gram-negatief is, "Zei Berry. "Misschien kunnen we het gebruiken om sikkelcellen op te sporen."

Eerder dit jaar, Berry en andere collega's introduceerden rimpelingen op nanoschaal in grafeen, waardoor het zich in loodrechte richtingen anders gedraagt, handig voor elektronica. Ze rimpelden het grafeen door het over een reeks staafvormige bacteriën te draperen, vervolgens vacuümkrimpen van de ziektekiemen.

"We hebben het eerdere werk genomen en het een beetje omgedraaid, Berry zei. "In plaats van grafeen op cellen te leggen, we hebben cellen op grafeen gelegd en de atomaire trillingen van grafeen bestudeerd."