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February 18, 2014, Chicago--グラフェンシートの間に生物分子を挟むことで、シカゴのイリノイ大学(UIC)研究チームは自然な水様環境で分子の原子レベル画像を得ることができた。
分子、フェリチンは高度保存タンパク質で、動植物の鉄濃度を調整する。フェリチンは余分な鉄を隔離する。これは毒になるので、必要に応じて鉄を放出する。
電子顕微鏡を用いると、研究者は個々の原子レベルで見ることができるが、そのためには試料を真空に入れなければならない。しかし、自然な機能状態で水の中の生物分子を画像化することはできない。生物試料は通常、窒化ケイ素の相対的に厚い楔形のウインドウ、「リクイッドステージ」という容器に入っている。
この研究の主幹研究員、UIC助教授Robert Klie氏によると、新しいシステムの薄いグラフェン層はうまく機能し、ほぼ透明であるという。「サランラップを透して見るのと、厚い結晶を透してみるのとの違いのようなものだ」。
リクイッドステージと比べて解像度が向上しただけではない。グラフェンサンドイッチでは照射による試料の損傷も最小化される。
損傷を最小化するために低エネルギービームを用いるのではなく、研究チームはフェリチンの画像を原子レベルの解像度で生成するために高エネルギーを用いることができた。これにより、分子の一つの機能で、フェリチンコアの酸化鉄が電荷を変え、鉄を放出し始める様子を見ることができるようになった。低エネルギーでは画像が不明瞭になり、数学的なアルゴリズムを用いて改良しなければならない。
フェリチンコアがどのように鉄を扱うかを洞察することは、人の疾患の多くで何が問題であるかをよりよく理解することにつながる、と研究チームは考えている。
「フェリチンの欠陥は、多くの病気、疾患に関連があるが、人体の脳や他の部分の生命を脅かす病気の引き金に、機能不全のフェリチンがどのように働くのかが十分に分かっていなかった」とミシガン工科大学機械工学助教授、Tolou Shokuhfar氏は説召している。同氏はUIC物理学非常勤教授、この研究の主席研究者。
(詳細は、 www.uic.edu)