Forskare vid universitetet i Göttingen har utvecklat en ny metod som utnyttjar grafens ovanliga egenskaper för att elektromagnetiskt interagera med fluorescerande (ljusemitterande) molekyler. Denna metod gör det möjligt för forskare att optiskt mäta extremt små avstånd, i storleksordningen 1 ångström (en tio miljarddel av en meter) med hög noggrannhet och reproducerbarhet för första gången. Detta gjorde det möjligt för forskare att optiskt mäta tjockleken på lipiddubbelskikt, de saker som gör membran i alla levande celler. Resultaten publicerades i Nature Photonics .

Forskare från universitetet i Göttingen under ledning av professor Enderlein använde ett enda ark grafen, bara en atom tjock (0,34 nm), att modulera utsläpp av ljusemitterande (fluorescerande) molekyler när de kom nära grafenarket. Den utmärkta optiska transparensen för grafen och dess förmåga att modulera genom rymden molekylernas utsläpp gjorde det till ett extremt känsligt verktyg för att mäta avståndet för enskilda molekyler från grafenarket. Metodens noggrannhet är så bra att även de minsta avståndsändringar på cirka 1 ångström kan lösas. Forskarna kunde visa detta genom att avsätta enstaka molekyler ovanför ett grafenskikt. De kunde sedan bestämma sitt avstånd genom att övervaka och utvärdera deras ljusemission. Denna grafeninducerade modulering av molekylärt ljusemission ger en extremt känslig och exakt "linjal" för bestämning av enstaka molekylpositioner i rymden. De använde den här metoden för att mäta tjockleken på enstaka lipiddubbelskikt som består av två lager av fettsyrakedjemolekyler och har en total tjocklek på bara några nanometer.

"Vår metod har enorm potential för superupplösande mikroskopi eftersom den tillåter oss att lokalisera enstaka molekyler med nanometerupplösning, inte bara i sidled (som med tidigare metoder) utan också med liknande noggrannhet längs den tredje riktningen, vilket möjliggör äkta tredimensionell optisk avbildning på makromolekylernas längdskala, "säger Arindam Ghosh, tidningens första författare.

"Detta kommer att vara ett kraftfullt verktyg med många applikationer för att lösa avstånd med sub-nanometer noggrannhet i enskilda molekyler, molekylkomplex, eller små cellulära organeller, "tillägger professor Jörg Enderlein, publikationens motsvarande författare och chef för Third Institute of Physics (Biophysics) där arbetet ägde rum.