石墨烯气球产生水合分子的史无前例的图像

在电子显微镜产生的图像中，白点是蛋白质铁蛋白。中间的黑圈是捕获在包围样品的石墨烯胶囊中的液体气泡

通过使用“石墨烯气球”，密歇根理工大学和伊利诺伊州芝加哥大学的研究人员找到了一种使电子显微镜对生物样品更友好的方法。

石墨烯水气球可能很快会为寻求从最根本的层面了解健康和疾病的科学家打开新的视野。

电子显微镜已经可以提供仅几纳米大小的惊人清晰图像。但是，如果您想看一下活体组织，请再看一遍。

密歇根理工大学的Tolou Shokuhfar说：“您不能在电子显微镜中放入液体。”“因此，如果您有水合样品，并且所有生物都被水合了，则必须像蓝莓一样将其冷冻在冰块中，然后切成一百万个薄片，这样电子才能通过。只有这样，您才能为它成像以查看发生了什么。”

经过这样的处理，蓝莓就不是原来的了，人体组织也不是。机械工程工程力学的助理教授Shokuhfar想知道是否有办法使电子显微镜对生物样品更加友好。这样，您可以更好地了解亚细胞水平的实际情况。

因此，她与伊利诺伊州芝加哥大学（UIC）的同事们一起，共同找到了解决之道。她说：“您不需要冷冻蓝莓，也不需要用金刚石刀将其切成薄片。”“只要将它放在电子显微镜中，您就可以下去观察原子。”

诀窍是封装样品，以使所有水在电子自由通过时保持原状。为此，包括UIC物理与机械和工业工程副教授Robert F. Klie和UIC研究生Wang Canhui在内的团队转向了石墨烯。

Klie说：“石墨烯只是碳原子的单层，电子可以很容易地穿过它，而水则不能。”“如果在石墨烯上滴一滴水，然后在石墨烯上加一滴水，它就会形成这个小小的水球。”石墨烯的强度足以将水保持在内部，即使在电子显微镜的真空内也是如此。

该团队在一种对人类健康起着重要作用的生化试剂：铁蛋白上试用了他们的技术。Shokuhfar说：“这是一种蛋白质，可以存储和释放铁，这对许多身体机能至关重要，如果铁蛋白不能正常发挥作用，它可能导致包括阿尔茨海默氏病和癌症在内的许多疾病，” Shokuhfar说。

该团队制作了一个微观三明治，将铁蛋白浸入水中作为填充物，石墨烯浸入面包中，并密封边缘。然后，使用扫描透射电子显微镜，他们捕获了显示铁蛋白原子结构的各种图像。此外，他们使用一种特殊类型的光谱来识别铁蛋白内的各种原子和电子结构。这些图像表明铁蛋白正在释放铁并查明其特定形式。

如果使用该技术将患病组织中的铁蛋白与健康的铁蛋白进行比较，则可以在分子水平上为疾病提供新的见解。这些发现可能会导致新的治疗方法。“我相信这将使我们能够鉴定铁蛋白和许多其他蛋白质中的疾病特征，” Shokuhfar说。

关于他们的工作的文章“生物相容性石墨烯液体细胞和石墨烯三明治中的铁蛋白的高分辨率电子显微镜和光谱学”已于2月4日在线发表在《高级材料》上。乔乔（Qiao Qiao）曾是Klie UIC实验室的研究生，现在是范德比尔特大学（Vanderbilt University）的博士后研究员，也是该研究的合著者。

这项工作是由密歇根理工大学资助的，并获得了国家科学基金会授予UIC的额外支持，编号DMR-0959470。这项研究是在伊利诺伊州芝加哥大学进行的。

出版物：Wang Canhui等，“生物相容性石墨烯液体细胞和石墨烯三明治中的铁蛋白的高分辨率电子显微镜和光谱学”，2014年，高级材料； DOI：10.1002 / adma.201306069

图像：密歇根科技新闻