(Phys.org) — Starkare än stål, men bara en atom tjock - den senaste forskningen med 2D-mirakelmaterialet grafen kan vara nyckeln till att låsa upp mysterierna kring proteiners struktur och beteende inom en mycket nära framtid.

Forskare vid University of Manchester och SuperSTEM-anläggningen, som ligger vid STFC:s Daresbury Laboratory och finansieras av Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC), har upptäckt att den mest ömtåliga, mikroskopiska material kan skyddas från de skadliga effekterna av strålning när de är under mikroskopet om de är "inklämda" mellan två ark grafen. Tekniken kan snart vara nyckeln till att möjliggöra direkta studier av varje enskild atom i en proteinkedja, något som ännu inte har uppnåtts, och revolutionera vår förståelse av cellstruktur, hur immunsystemet reagerar på virus och hjälp vid utformningen av nya antivirala läkemedel.

Att observera strukturen hos några av de minsta föremål, som proteiner och andra känsliga 2D-material, på atomskala kräver ett kraftfullt elektronmikroskop. Detta är exceptionellt svårt eftersom strålningen från elektronstrålen kan förstöra det mycket ömtåliga föremålet som avbildas innan någon användbar data kan registreras korrekt. Dock, genom att skydda ömtåliga föremål mellan två ark grafen betyder det att de kan avbildas längre utan att skadas under elektronstrålen, gör det möjligt att kvantitativt identifiera varje enskild atom i strukturen. Denna teknik har visat sig vara mycket framgångsrik i testfallet med en bräcklig inorganisk 2D-kristall och resultaten publicerade i tidskriften ACS Nano .

Under denna forskning, teamet av forskare, som inkluderade Sir Kostya Novoselov, som delade ett Nobelpris i fysik 2010 för att ha utnyttjat grafenens anmärkningsvärda egenskaper, kunde observera effekterna av att inkapsla en mikroskopisk kristall av ett annat mycket ömtåligt 2D-material, molybden disulfid, mellan två ark grafen. De fann att de kunde applicera en hög elektronstråle på direkt bild, identifiera och erhålla fullständig kemisk analys av varje atom i molybdendisulfidarket, utan att orsaka några defekter på materialet genom strålning.

University of Manchesters Dr Recep Zan, som ledde forskargruppen, sa:"Grafen är en miljon gånger tunnare än papper, men starkare än stål, med fantastisk potential inom områden från elektronik till energi. Men den här forskningen visar att dess potential inom biokemi också kan vara lika betydande, och så småningom skulle kunna öppna upp alla möjliga tillämpningar inom bioteknikarenan."

Professor Quentin Ramasse, Vetenskaplig chef vid SuperSTEM tillade:"Vad den här forskningen visar handlar inte så mycket om grafen i sig, men hur det kan påverka detaljerna och noggrannheten med vilken vi direkt kan studera andra oorganiska 2D-material eller mycket ömtåliga molekyler. Hittills har detta mestadels varit möjligt genom mindre direkta och ofta komplicerade metoder som proteinkristallografi som inte ger en direkt visualisering av objektet i fråga. Denna nya förmåga är särskilt spännande eftersom den kan bana väg för att kunna avbilda varje enskild atom i en proteinkedja till exempel, något som avsevärt kan påverka vår utveckling av behandlingar för tillstånd som cancer, Alzheimers och HIV."