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Le graphène sert aussi à mieux observer les bactéries

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Une
représentation d'artiste d'un feuillet de graphène avec la structure
hexagonale des atomes de carbone formant le feuillet. © Jannik Meyer






Observer des bactéries avec un microscope électronique oblige à les placer sous vide,
ce qui les déshydrate et modifie leur état. Un groupe de chercheurs de
l’Université du Kansas vient de s’affranchir de cet inconvénient en
enveloppant les bactéries d’une couche de graphène imperméable
.


Le premier prototype de microscope électronique a été construit en 1931 par les ingénieurs allemands Ernst Ruska
et Max Knoll. Le premier recevra d’ailleurs le prix Nobel de physique
en 1986 pour cette réalisation. Bien qu'à ses débuts cet appareil ne
rivalisait pas avec un microscope optique,
il ne fallut que deux années pour que la résolution d’un microscope
électronique surpasse celle de son classique homologue optique.
Aujourd'hui on parvient même à observer avec un microscope électronique des atomes d'hydrogène. Toutefois, le brevet de ce microscope a été déposé par Reinhold Rudenberg, le directeur scientifique de Siemens, cherchant à rendre visible le virus de la poliomyélite.
Après la seconde guerre mondiale, l’utilisation de microscopes
électroniques à haute résolution devient de plus en plus importante pour
l’étude des systèmes biologiques.


Dans le principe de la microscopie à transmission,
les échantillons, après préparation, sont inclus dans une résine et
coupés en tranches très fines par un ultramicrotome (c'est l'analogue de
la microscopie optique classique). Mais la microscopie à balayage
permet, elle, d'observer la structure complète en trois dimensions
(comme on le ferait avec une loupe). On ne peut cependant pas observer
directement des échantillons biologiques de cette manière car
l’utilisation des faisceaux d’électrons impose d'opérer sous vide. Il en résulte que l’eau contenue dans ces systèmes biologiques va rapidement s’en échapper et la déshydratation
produite va provoquer une contraction des bactéries et des cellules,
modifiant l’état dans lequel elles se trouvent normalement.





L'image
de gauche montre une bactérie protégée de la déshydratation par son
enveloppe en graphène. Celle de droite, toujours avec un microscope
électronique, montre que les bactéries se contractent en perdant de
l'eau. © Kansas State University




Une couche protectrice en carbone


Professeur d’ingénierie chimique à l’Université du Kansa, Vikas Berry,
avec ses collègues, vient de trouver une parade à ce problème. Pour
cela, il a eu l’idée de mobiliser une autre découverte ayant donné lieu à
l’attribution d’un prix Nobel en physique, celle du graphène.


Rappelons que le graphène est un feuillet dont
l’épaisseur est précisément celle d’un des atomes de carbone le
composant. Il est transparent
et plutôt résistant aux faisceaux d’électrons que l’on peut utiliser en
microscopie électronique. Toutefois, il s’oppose au passage des molécules d’eau. En fixant des protéines
sur un feuillet de graphène, les chercheurs ont réussi à faire en sorte
que celui-ci puisse envelopper d’une couche imperméable en carbone des
bactéries ou des cellules. Ce faisant, ils ont réussi à empêcher le
départ des molécules d’eau formant de 70 à 80 % de la composition des
cellules et des bactéries lorsqu’on les place dans un microscope
électronique pendant 30 minutes.


Le temps
obtenu était plus que suffisant pour observer ces objets biologiques et
obtenir des images inédites, comme l’expliquent les chercheurs dans un
article publié dans Nano Letters.


Le succès de la méthode ne se limite probablement
pas aux cellules. On a du mal à observer au microscope électronique des
protéines en solution et donc leur comportement dans l’environnement aqueux
des cellules. Il devrait donc être possible d’utiliser la même méthode
pour isoler temporairement une fraction d’un tel liquide et l’étudier au
microscope électronique. Dans l’avenir, on pourra peut-être aussi
observer de cette manière ce qui se passe dans une cellule ou dans une
bactérie encore vivante.


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