Графен Карман защищает образец, содержащийся в тяжелой воде

Впервые тяжелая вода (D 2 O) – форма воды, содержащая дейтерий (D) вместо водорода) – использовалась в области просвечивающей электронной микроскопии (TEM ).

A) Карман Графена защищает образец, содержащийся в жидкости. (B) Фотография кармана графена. (C) В результате налетающего электронного пучка воздушный пузырь заполняет большую часть кармана через короткий промежуток времени. (D) Время формирования пузырьков, в зависимости от типа раствора, заполняющего карман. Самое длинное свободное от пузырей время получается, когда карман заполнен а) тяжелой водой (D2O), а затем водой (H2O) с б) 50% глицерином, в) 100 мМ NaCl, d) 10 мМ н-пропилгаллатом, e) 3% глицерина и f) только вода. (21) (Image credit: Institute for Basic Science)

Этот последний метод значительно замедляет повреждение образца; повреждение образца значительно ограничивает более широкое применение ТЭМ жидкой фазы для деликатных биологических образцов .

Поскольку жизнь преимущественно основана на воде, наши молекулы вибрируют, движутся и переворачиваются в жидкой среде. Однако электронная микроскопия, которая, как известно, является отличным инструментом для изучения статической модели наномира, практически не использовалась, когда дело касалось просмотра движущихся молекул. Это связано с тем, что образцы повреждаются падающим электронным пучком.

. Теперь исследователи из Центра мягкой и живой материи в Институте фундаментальной науки (IBS) сообщили о значительном продвижении в этом аспекте. Опубликованный в ACS Nano, исследование впервые использует D 2 O в области TEM. Этот метод значительно замедляет повреждение образца.

В электронной микроскопии электроны, которые расстреляны с образцом, имеют значительно меньшую длину волны по сравнению со светом, и в результате они более подходят для предоставления данных об отдельных молекулах. С другой стороны, электронный луч является агрессивным и может повредить образец из-за его высокой энергии, которая разрушает химические связи и производит электрический заряд.

Команда IBS использовала очень маленький карман, заполненный жидкостью, упакованной между атомарно тонкими листами графена. Внутри этого графена молекулы образца свободно перемещаются и защищены от электрической зарядки. Исследователи протестировали различные типы жидкостей, чтобы определить тот, который поддерживает образец в течение более длительного времени. « В отличие от общего подхода к уменьшению энергии электронного пучка для задержки повреждения образца, мы сосредоточились на настройке среды; вода, в которой растворяются молекулы – говорит соавтор исследования Хуан Ван.

Исследователи IBS продемонстрировали, что, когда используется тяжелая вода, она дает ряд преимуществ по сравнению с другими конкурирующими методами. D 2 O не только задерживает образование пузырьков газа наиболее эффективно, но и задерживает структурное повреждение отдельных молекул полимера. Кроме того, D 2 O имеет еще один нейтрон по сравнению с H 2 O, что означает, что он более тяжелый и, следовательно, более твердый для диссоциации в радикалы, а также менее реактивный в последующем разрушительный процесс.

« Тяжелая вода превосходит конкурирующие методы в два-пять раз, по крайней мере, », – уточнил соавтор исследования Кандула Хима Нагаманаса. « Поскольку образование пузырьков задерживается, а молекулы были видны в два раза »

D 2 O также является безвредным солнцезащитным кремом, что является еще одним важным преимуществом. Образец, который был полимером полистиролсульфоната, показал тот же характер динамики и аналогичный контраст в воде и в D 2 O.

В будущем мы планируем распространить это исследование на более сложные макромолекулы, такие как ДНК и белки. Кроме того, исследование открывает возможности наблюдать долгосрочные явления в других связанных с ним методах микроскопии, таких как cryoEM (криогенная электронная микроскопия), и получать больше статистической информации о сложных явлениях, таких как самосборка отдельных молекул в более сложные биологические структуры .

Стив Граник, директор Центра IBS и корреспондентского исследования

Source link