石墨烯，這種神奇的材料使兩位研究人員獲得了2010年諾貝爾物理學獎，並且一直是無數科學研究和新聞報道的主題，無疑已經成為焦點。現在它可能會在顯微鏡下成為中心舞臺。
石墨烯本質上是單原子厚度的石墨薄片，是碳的最薄形式。這種材料因其強度、透明性和吸引人的電氣特性而備受關注。
現在，研究人員已經利用石墨烯的新穎屬性來緩解奈米尺度世界研究工作中的一項挑戰——將高解析度顯微鏡工具應用於液體中的物體。電子顯微鏡可以透過用電子束照射微小物體來對固體結構進行成像，解析度可達單個原子尺度。但是，要為流體樣品實現相同的解析度是一項棘手的任務，因為電子顯微鏡需要真空環境，以防止空氣分子干擾照射電子束。而真空會導致液體蒸發。
支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮支援我們屢獲殊榮的新聞報道，方式是 訂閱。透過購買訂閱，您將幫助確保有關塑造我們當今世界的發現和思想的有影響力的故事的未來。
在4月6日出版的《科學》雜誌上，來自勞倫斯伯克利國家實驗室、加州大學伯克利分校以及韓國大田韓國科學技術院的團隊報告稱，當液體被封裝在石墨烯中時，在電子顯微鏡的真空中表現良好。研究人員將奈米級液滴夾在兩層石墨烯薄片之間，然後使用透射電子顯微鏡進行觀察。
他們發現，石墨烯膠囊可以保護液體免受真空影響，同時還可以實現原子解析度成像，這對於其他由氮化矽等材料製成的液體膠囊來說一直是一個挑戰。“問題在於氮化矽已經有25奈米厚。它比石墨烯厚得多，”加州大學伯克利分校研究生、這項新研究的合著者樸正元（Jungwon Park）說。“它會散射掉大量電子束，並大大降低解析度和對比度。”
另一方面，石墨烯液體膠囊的壁非常薄——不到一奈米厚——以至於研究人員可以分辨出內部的單個鉑原子。
樸正元和他的同事正在使用石墨烯膠囊即時追蹤溶液中鉑奈米粒子的生長。“我們知道如何在溼實驗室中製造奈米粒子，但我們仍然不明白它們為什麼會形成如此漂亮的形狀和結構，”他說。“我們想完全按照我們在實驗室中進行的反應進行實驗，並即時觀察內部發生的情況。”
石墨烯還可以幫助促進生物樣本的超高解析度顯微鏡觀察，儘管電子顯微鏡粒子束的輻射損傷潛力會帶來一些限制。“石墨烯液體膠囊可以用於在水中採集生物樣本，可能，”樸正元說。事實上，另一個研究小組最近證明了石墨烯在生物成像方面的適用性，儘管能力較為有限。去年，堪薩斯州立大學的研究人員將富含水的細菌包裹在用與細菌細胞壁結合的蛋白質處理過的石墨烯中後，將其暴露於電子顯微鏡下。
德國薩爾布呂肯萊布尼茨新材料研究所的顯微鏡學家尼爾斯·德·容格（Niels de Jonge）說：“人們可以考慮將蛋白質或蛋白質複合物封裝在石墨烯氣泡中。”“我實際上很想看到這類研究。” 他說，一個尚未解決的問題是，與研究人員透過冷凍生物樣品進行成像的替代方法相比，液體顯微鏡是否會降低或增加電子束的輻射效應。
使液體樣品更相容電子顯微鏡的努力可以追溯到幾十年前，即這項技術本身的早期。“一開始非常令人沮喪，”德·容格說。“人們真的認為不可能取得這類成果，很高興看到有幾個研究小組正在涉足這個研究領域。你們開闢了一個可以看到的新領域。”