De wonderen van grafeen zijn talrijk:het kan flexibele elektronische componenten mogelijk maken, de capaciteit van de zonnecel verbeteren, filtert de fijnste subatomaire deeltjes en zorgt voor een revolutie in batterijen. Nutsvoorzieningen, het "supermateriaal" kan ooit worden gebruikt om te testen op amyotrofische laterale sclerose, of ALS - een progressieve, neurodegeneratieve ziekte die meestal wordt gediagnosticeerd door andere aandoeningen uit te sluiten, volgens nieuw onderzoek van de Universiteit van Illinois in Chicago, gepubliceerd in ACS toegepaste materialen en interfaces .

Toen cerebrospinale vloeistof van patiënten met ALS werd toegevoegd aan grafeen, het produceerde een duidelijke en andere verandering in de vibratie-eigenschappen van het grafeen vergeleken met wanneer vloeistof van een patiënt met multiple sclerose werd toegevoegd of wanneer vloeistof van een patiënt zonder neurodegeneratieve ziekte werd toegevoegd aan grafeen. Deze duidelijke veranderingen voorspelden nauwkeurig van wat voor soort patiënt de vloeistof afkomstig was - een met ALS, MS of geen neurodegeneratieve ziekte.

Grafeen is een materiaal van één atoom dik dat bestaat uit koolstof. Elk koolstofatoom is door chemische bindingen aan zijn naburige koolstofatomen gebonden. De elasticiteit van deze bindingen produceert resonerende trillingen, ook wel fononen genoemd, die zeer nauwkeurig kan worden gemeten. Wanneer een molecuul interageert met grafeen, het verandert deze resonerende trillingen op een zeer specifieke en meetbare manier.

"Grafeen is slechts één atoom dik, dus een molecuul op zijn oppervlak is in vergelijking enorm en kan een specifieke verandering in de fonon-energie van grafeen veroorzaken, die we kunnen meten, " zei Vikas Berry, universitair hoofddocent en hoofd chemische technologie aan het UIC College of Engineering en een auteur op het papier. Veranderingen in de trillingskarakteristieken van grafeen zijn afhankelijk van de unieke elektronische eigenschappen van het toegevoegde molecuul, bekend als zijn 'dipoolmoment'.

"We kunnen het dipoolmoment bepalen van het molecuul dat aan grafeen wordt toegevoegd door veranderingen in de fonon-energie van grafeen te meten, veroorzaakt door het molecuul, ’ legde Berry uit.

Berry en zijn collega's gebruikten grafeen om vast te stellen of het hersenvocht afkomstig was van een patiënt met ALS of multiple sclerose - twee progressieve neurodegeneratieve aandoeningen - of van iemand zonder neurodegeneratieve ziekte. Aangezien er geen definitieve test voor ALS is, een objectieve diagnostische test zou patiënten helpen sneller met de behandeling te beginnen om de ziekte te vertragen.

Cerebrospinale vloeistof werd verkregen van het Human Brain and Spinal Fluid Resource Center, die vloeistof en weefsel van overleden personen bewaart. BES, Dr. Ankit Mehta, assistent-professor neurochirurgie en directeur van spinale oncologie aan het UIC College of Medicine, en hun collega's testten het hersenvocht van zeven mensen zonder neurodegeneratieve ziekte; van 13 mensen met ALS; van drie mensen met multiple sclerose en van drie mensen met een onbekende neurodegeneratieve ziekte.

"We zagen unieke en duidelijke veranderingen in de fonon-energieën van grafeen, afhankelijk van of de vloeistof afkomstig was van iemand met ALS, multiple sclerose of iemand zonder neurodegeneratieve ziekte, " Zei Berry. "We waren ook in staat om te bepalen of de vloeistof afkomstig was van iemand ouder dan 55 of jonger dan 55 toen we hersenvocht van ALS-patiënten testten. We denken dat het verschil dat we zien tussen oudere en jongere ALS-patiënten wordt veroorzaakt door unieke biochemische kenmerken die we oppikken die correleren met erfelijke ALS, die gewoonlijk symptomen veroorzaakt vóór de leeftijd van 55, en wat bekend staat als sporadische ALS die later in het leven optreedt."

Berry gelooft dat grafeen de unieke biosignaturen oppikt - combinaties van eiwitten, en andere biomoleculen - aanwezig in de cerebrospinale vloeistof van personen met verschillende ziekten.

"De elektronische eigenschappen van grafeen zijn uitgebreid bestudeerd, maar pas onlangs zijn we begonnen de klankeigenschappen ervan te onderzoeken als een manier om ziekten op te sporen, " Zei Berry. "En het blijkt dat grafeen een buitengewoon veelzijdige en nauwkeurige detector is van biosignaturen van ziekten die zowel in cerebrospinale vloeistoffen als in hele cellen worden aangetroffen."