Grafenens underverk är många – det kan möjliggöra flexibla elektroniska komponenter, öka solcellskapaciteten, filtrera de finaste subatomära partiklarna och revolutionera batterier. Nu, "supermaterialet" kan en dag användas för att testa för amyotrofisk lateralskleros, eller ALS – en progressiv, neurodegenerativ sjukdom som diagnostiseras mest genom att utesluta andra störningar, enligt ny forskning från University of Illinois i Chicago publicerad i ACS tillämpade material och gränssnitt .

När cerebrospinalvätska från patienter med ALS tillsattes grafen, det gav en distinkt och annorlunda förändring i grafenens vibrationsegenskaper jämfört med när vätska från en patient med multipel skleros tillsattes eller när vätska från en patient utan neurodegenerativ sjukdom tillsattes till grafen. Dessa distinkta förändringar förutspådde exakt vilken typ av patient vätskan kom från – en med ALS, MS eller ingen neurodegenerativ sjukdom.

Grafen är ett enatomtjockt material som består av kol. Varje kolatom är bunden till sina närliggande kolatomer genom kemiska bindningar. Elasticiteten hos dessa bindningar producerar resonansvibrationer, även känd som fononer, som kan mätas mycket exakt. När en molekyl interagerar med grafen, det ändrar dessa resonansvibrationer på ett mycket specifikt och kvantifierbart sätt.

"Grafen är bara en atom tjock, så en molekyl på dess yta i jämförelse är enorm och kan producera en specifik förändring i grafens fononenergi, som vi kan mäta, sa Vikas Berry, docent och chef för kemiteknik vid UIC College of Engineering och en författare på tidningen. Förändringar i grafens vibrationsegenskaper beror på de unika elektroniska egenskaperna hos den tillsatta molekylen, känt som dess "dipolmoment".

"Vi kan bestämma dipolmomentet för molekylen som läggs till grafen genom att mäta förändringar i grafens fononenergi som orsakas av molekylen, " förklarade Berry.

Berry och hans kollegor använde grafen för att identifiera om cerebrospinalvätskan kom från en patient med ALS eller multipel skleros - två progressiva neurodegenerativa störningar - eller från någon utan neurodegenerativ sjukdom. Eftersom det inte finns något definitivt test för ALS, ett objektivt diagnostiskt test skulle hjälpa patienter att börja få behandling tidigare för att bromsa sjukdomen.

Cerebrospinalvätska erhölls från Human Brain and Spinal Fluid Resource Center, som samlar vätska och vävnad från avlidna individer. Bär, Dr Ankit Mehta, biträdande professor i neurokirurgi och chef för spinal onkologi vid UIC College of Medicine, och deras kollegor testade cerebrospinalvätskan från sju personer utan neurodegenerativ sjukdom; från 13 personer med ALS; från tre personer med multipel skleros och från tre personer med en okänd neurodegenerativ sjukdom.

"Vi såg unika och distinkta förändringar i grafens fononenergier beroende på om vätskan kom från någon med ALS, multipel skleros eller någon utan neurodegenerativ sjukdom, ”Sade Berry. ”Vi finnas dessutom i stånt till bestämmer huruvida vätskan finnas alltifrån någon över ålder 55 eller mer ung än 55 när vi testade cerebrospinalvätska alltifrån ALS-patienter. Vi tror att skillnaden vi ser mellan äldre och yngre ALS-patienter drivs av unika biokemiska signaturer vi plockar upp som korrelerar med ärftlig ALS, som vanligtvis ger symtom före 55 års ålder, och det som kallas sporadisk ALS som inträffar senare i livet."

Berry tror att grafenen tar upp de unika biosignaturerna - kombinationer av proteiner, och andra biomolekyler – närvarande i cerebrospinalvätskan hos individer med olika sjukdomar.

"De elektroniska egenskaperna hos grafen har studerats omfattande, men först nyligen har vi börjat undersöka dess fononiska egenskaper som ett sätt att upptäcka sjukdomar, "Sa Berry. "Och det visar sig att grafen är en extremt mångsidig och exakt detektor av biosignaturer av sjukdomar som finns både i cerebrospinalvätskor och hela celler."