Universiteit Leiden Universiteit Leiden

Nederlands English
Image courtesy of Gregory F. Schneider's group, Leiden University, Leiden Institute of Chemistry

Met grafeen door het lichaam reizen

Het is onderzoekers voor het eerst gelukt grafeen op een stabiele laag vetten, ofwel lipiden, te plaatsen. Omringd door een beschermende laag van lipiden zou grafeen in het lichaam als een veelzijdige sensor kunnen dienen. De resultaten zijn de eerste stap naar zo’n omhulsel en zijn op 28 september gepubliceerd in het blad Nanoscale.

In tegenstelling tot eerder onderzoek observeerden de wetenschappers een stabiele structuur toen ze grafeen op een enkele laag lipiden plaatsten. Voor de resultaten is een patent aangevraagd. Promovendus Lia Lima en haar collega’s deden deze ontdekking onder leiding van chemicus Grégory Schneider.

Grafeen

Grafeen is een materiaal dat bestaat uit één enkele laag koolstofatomen. Het is extreem dun, sterk en buigzaam. Daarnaast is grafeen gewild in de technische wereld omdat het elektriciteit zeer effectief geleidt. De toepassingen voor grafeen zijn uiteenlopend. ‘Grafeen is bijzonder gevoelig en kan in het lichaam reageren op zijn omgeving’, aldus Schneider. Toekomstige toepassingen in het menselijk lichaam zijn daarom onder andere biosensoren en systemen die de juiste plek aanwijzen voor het uitvoeren van een diagnose.  

Binden met grafeen

Om grafeen geschikt te maken voor deze toepassingen wordt het vaak gekoppeld aan harde anorganische stoffen. Dit is echter niet ideaal voor gebruik in het lichaam. Daarom zoeken wetenschappers ook naar zachte, organische moleculen om aan grafeen te binden, in dit geval lipiden.   

Lipiden op grafeen

Lipiden zijn vetten die onder andere terug te vinden zijn in de beschermlaag van een cel - het celmembraan. Dit membraan bestaat uit een dubbele laag lipiden. Wanneer grafeen tussen deze twee lagen geplaatst kan worden, kan het onbelemmerd op reis door het menselijk lichaam. ‘Een methode die bij kankermedicijnen ook wordt gebruikt’, licht Schneider toe. ‘We hebben een enkele laag lipiden in het laboratorium gemaakt en grafeen er bovenop geplaatst: een eerste stap in het nabootsen van een celmembraan.’

Metingen

In hun onderzoek ontdekten de wetenschappers dat een afzonderlijke laag lipiden een goede ondersteuning biedt aan grafeen. De onderzoekers gebruikten infraroodmetingen om de stabiliteit van de laag lipiden aan te tonen. Ze zagen verder dat de lipiden de elektrische geleiding van grafeen verbeteren. Dit effect van lipiden is veelbelovend voor toekomstige toepassingen. Verbeteringen van de elektrische geleiding maken het namelijk mogelijk om de elektrische signalen van grafeen in het lichaam te meten. Deze signalen zeggen iets over de omgeving waarin grafeen zich bevindt, zoals de zuurtegraad of de aanwezigheid van bepaalde eiwitten.

Nanosensor

Uiteindelijk zou grafeen, gestabiliseerd door lipiden, als sensor door het lichaam kunnen reizen. ‘Zo ver zijn we echter nog lang niet’, zegt Schneider. ‘De volgende stap is om lipiden aan beide kanten van grafeen te plaatsen, als een sandwich.’

De publicatie is halverwege oktober op de voorkant van Nanoscale te zien.