Исследователи из Геттингенского университета нашли применение необычайно уникальным свойствам графена для электромагнитного взаимодействия с флуоресцентными (светоизлучающими) молекулами. Этот метод позволяет ученым измерять исключительно малые расстояния порядка 1 ангстрема (одна десятитысячная доля метра) с большой точностью.

Этот новый метод позволяет в десять раз улучшить оптическое разрешение и позволил исследователям точно измерить толщину липидных бислоев, которые являются тканью и составом мембран всех живых клеток.

Наш метод обладает огромным потенциалом для микроскопии сверхразрешения, поскольку он позволяет нам локализовать отдельные молекулы с нанометровым разрешением не только в поперечном направлении (как в более ранних методах), но и с аналогичной точностью вдоль третьего направление, которое обеспечивает истинное трехмерное оптическое изображение в масштабе макромолекул.

Ариндам Гош, первый автор статьи

Команда из Геттингенского университета во главе с профессором Эндерлином модулировала излучение флуоресцентных светоизлучающих молекул, используя всего один слой графена – всего один атом толщиной (0,34 нм). Благодаря тому, что графен обладает выдающейся оптической прозрачностью – в сочетании с его способностью и способностью модулировать эмиссию молекул в пространстве – делает его особенно эффективным и чувствительным инструментом для измерения расстояния отдельных молекул от листа графена.

Это означает, что можно разрешить даже малейшие изменения расстояния (около 1 Å, диаметр одного атома). Чтобы продемонстрировать это, исследовательская группа нанесла отдельные молекулы над графеновым слоем, что позволило им фиксировать расстояние путем тщательного анализа излучения света.

В конечном счете, этот метод модуляции эмиссии молекулярного света, вызванной графеном, оказывается «правителем», который может определять положения отдельных молекул в пространстве с беспрецедентной точностью. Команда использовала этот метод для измерения и регистрации толщины отдельных липидных бислоев, состоящих из двух слоев молекул цепей жирных кислот с общей толщиной всего несколько нанометров (1 миллиардная часть метра). Изображения, которые этот метод способен создать, позволяют ученым определить положение и ориентацию отдельных молекул.

«Это будет мощный инструмент с многочисленными приложениями для разрешения расстояний с точностью до субнанометра в отдельных молекулах, молекулярных комплексах или небольших клеточных органеллах», добавляет профессор Йорг Эндерляйн, соответствующий автор публикации и руководитель Третьего института физики (биофизики), где проходила работа.

Одной из самых больших проблем, с которыми столкнулись, было применение этой технологии в супер-микроскопии локализации с одной молекулой (SMLM) и как достичь сверхразрешения в третьем измерении. Введение графена в эту новую методологию повышает точность локализации и, следовательно, решает проблемы, с которыми ранее сталкивались ученые.

Таким образом, то, чего достигла команда, открывает путь к значительному прогрессу в науке за одно-молекулярной флуоресцентной визуализацией, что дает толчок для многих областей исследований, от фундаментальной физики до наук о жизни.