(PhysOrg.com) -- È un mantello che supera tutti gli altri:un microscopico mantello di carbonio fatto di grafene che potrebbe cambiare il modo in cui vengono visualizzati i batteri e altre cellule.
Vikas Berry, assistente professore di ingegneria chimica presso la Kansas State University, e il suo team di ricerca stanno avvolgendo i batteri con il grafene per affrontare le sfide attuali con l'imaging dei batteri al microscopio elettronico. Il metodo di Berry crea un mantello di carbonio che protegge i batteri, consentendo loro di essere ripresi alla loro dimensione naturale e aumentando la risoluzione dell'immagine.
Il grafene è una forma di carbonio spessa solo un atomo, conferendogli alcune importanti proprietà:è impermeabile, è il nanomateriale più forte, è otticamente trasparente ed ha un'elevata conduttanza termica.
"Il grafene è il materiale di nuova generazione, " disse Berry. "Anche se solo un atomo di spessore, il grafene non lascia passare nemmeno la più piccola delle molecole. Per di più, è forte e altamente flessibile, quindi può adattarsi a qualsiasi forma."
Il team di Berry ha studiato il grafene per tre anni, e Berry hanno recentemente visto una connessione tra il grafene e la ricerca sull'imaging cellulare. Poiché il grafene è impermeabile, ha deciso di utilizzare il materiale per preservare le dimensioni delle cellule batteriche riprese con microscopi elettronici ad alto vuoto.
I risultati della ricerca appaiono nel documento "Impermeable Graphenic Encasement of Bacteria, " che è stato pubblicato in un recente numero di Nano lettere , una rivista scientifica mensile pubblicata dall'American Chemical Society. La ricerca preliminare del team è apparsa su Nature News nel 2010.
L'attuale sfida con l'imaging cellulare si verifica quando gli scienziati utilizzano i microscopi elettronici per visualizzare le cellule batteriche. Poiché questi microscopi richiedono un alto vuoto, rimuovono l'acqua dalle cellule. Le cellule biologiche contengono dal 70 all'80 percento di acqua, e il risultato è una cellula gravemente ridotta. Di conseguenza, è difficile ottenere un'immagine accurata delle cellule e dei loro componenti nel loro stato naturale.
Ma Berry e il suo team hanno creato una soluzione alla sfida dell'imaging applicando il grafene. Il grafene agisce come un mantello impermeabile attorno ai batteri in modo che le cellule trattengono l'acqua e non si restringano sotto l'alto vuoto dei microscopi elettronici. Ciò fornisce un'immagine microscopica della cellula alla sua dimensione naturale.
I mantelli di carbonio possono essere avvolti attorno ai batteri usando due metodi. Il primo metodo prevede di mettere un foglio di grafene sopra i batteri, proprio come coprirsi con un lenzuolo. L'altro metodo prevede l'avvolgimento dei batteri con una soluzione di grafene, dove i fogli di grafene avvolgono i batteri. In entrambi i casi i fogli di grafene sono stati funzionalizzati con una proteina per potenziare il legame con la parete cellulare batterica.
Sotto l'alto vuoto di un microscopio elettronico, i batteri avvolti non hanno cambiato dimensione per 30 minuti, dando agli scienziati abbastanza tempo per osservarli. Questo è un risultato diretto dell'elevata resistenza e impermeabilità del mantello di grafene, ha detto la bacca.
Le altre straordinarie proprietà del grafene migliorano la risoluzione delle immagini in microscopia. La sua trasparenza elettronica consente un'immagine pulita delle cellule. Poiché il grafene è un buon conduttore di calore ed elettricità, la carica elettronica locale e il riscaldamento sono condotti dal mantello di grafene, dando una visione chiara della cellula batterica bene. Le cellule batteriche non avvolte appaiono scure con una parete cellulare indistinguibile.
"Unicamente, il grafene ha tutte le proprietà necessarie per visualizzare i batteri ad alta risoluzione, " ha detto Berry. "Il progetto fornisce un percorso molto semplice per i campioni di immagine nel loro stato umido nativo".
Il processo ha il potenziale per influenzare la ricerca futura. Gli scienziati hanno sempre avuto problemi ad osservare campioni liquidi al microscopio elettronico, ma l'uso di mantelli di carbonio potrebbe consentire loro di visualizzare campioni bagnati nel vuoto. Le caratteristiche forti e impermeabili del grafene assicurano che le cellule avvolte possano essere facilmente visualizzate senza degradarle. Berry ha affermato che in futuro potrebbe essere possibile utilizzare il grafene per mantenere in vita il batterio nel vuoto osservando la sua biochimica al microscopio.
La ricerca apre anche la strada a una migliore microscopia proteica. Le proteine agiscono in modo diverso quando sono secche e quando si trovano in una soluzione acquosa. Finora la maggior parte degli studi sulle proteine sono stati condotti in fasi secche, ma la ricerca di Berry potrebbe consentire di osservare maggiormente le proteine in ambienti acquosi.
"Questa ricerca potrebbe essere il punto di evoluzione per l'elaborazione di campioni sensibili con grafene per ottenere immagini migliorate, " ha detto Berry.