Les merveilles du graphène sont nombreuses - il peut permettre des composants électroniques flexibles, améliorer la capacité des cellules solaires, filtrer les particules subatomiques les plus fines et révolutionner les batteries. Maintenant, le "supermatériau" pourra un jour être utilisé pour tester la sclérose latérale amyotrophique, ou SLA—une maladie progressive, maladie neurodégénérative qui est diagnostiquée principalement en excluant d'autres troubles, selon une nouvelle étude de l'Université de l'Illinois à Chicago publiée dans Matériaux et interfaces appliqués ACS .

Lorsque le liquide céphalo-rachidien de patients atteints de SLA a été ajouté au graphène, il a produit un changement distinct et différent des caractéristiques vibrationnelles du graphène par rapport à l'ajout de fluide provenant d'un patient atteint de sclérose en plaques ou lorsque le fluide d'un patient sans maladie neurodégénérative a été ajouté au graphène. Ces changements distincts ont prédit avec précision de quel type de patient provenait le fluide - un avec la SLA, SEP ou pas de maladie neurodégénérative.

Le graphène est un matériau d'un seul atome d'épaisseur composé de carbone. Chaque atome de carbone est lié à ses atomes de carbone voisins par des liaisons chimiques. L'élasticité de ces liaisons produit des vibrations résonantes, également connu sous le nom de phonons, qui peut être mesuré très précisément. Lorsqu'une molécule interagit avec le graphène, il modifie ces vibrations résonantes d'une manière très spécifique et quantifiable.

"Le graphène n'a qu'un atome d'épaisseur, donc une molécule à sa surface en comparaison est énorme et peut produire un changement spécifique dans l'énergie des phonons du graphène, que l'on peut mesurer, " a déclaré Vikas Berry, professeur agrégé et responsable du génie chimique à l'UIC College of Engineering et auteur de l'article. Les changements dans les caractéristiques vibrationnelles du graphène dépendent des caractéristiques électroniques uniques de la molécule ajoutée, connu sous le nom de « moment dipolaire ».

"Nous pouvons déterminer le moment dipolaire de la molécule ajoutée au graphène en mesurant les changements dans l'énergie des phonons du graphène causés par la molécule, " expliqua Berry.

Berry et ses collègues ont utilisé le graphène pour déterminer si le liquide céphalo-rachidien provenait d'un patient atteint de SLA ou de sclérose en plaques (deux troubles neurodégénératifs progressifs) ou d'une personne sans maladie neurodégénérative. Puisqu'il n'y a pas de test définitif pour la SLA, un test de diagnostic objectif aiderait les patients à commencer à recevoir un traitement plus tôt pour ralentir la maladie.

Le liquide céphalo-rachidien a été obtenu auprès du Human Brain and Spinal Fluid Resource Center, qui stocke les fluides et les tissus des personnes décédées. Baie, Dr Ankit Mehta, professeur assistant de neurochirurgie et directeur de l'oncologie rachidienne à l'UIC College of Medicine, et leurs collègues ont testé le liquide céphalo-rachidien de sept personnes sans maladie neurodégénérative; à partir de 13 personnes atteintes de SLA; de trois personnes atteintes de sclérose en plaques et de trois personnes atteintes d'une maladie neurodégénérative inconnue.

"Nous avons vu des changements uniques et distincts dans les énergies des phonons du graphène selon que le fluide provenait d'une personne atteinte de la SLA, sclérose en plaques ou personne sans maladie neurodégénérative, ", a déclaré Berry. "Nous avons également pu déterminer si le liquide provenait d'une personne de plus de 55 ans ou de moins de 55 ans lorsque nous avons testé le liquide céphalo-rachidien de patients atteints de SLA. Nous pensons que la différence que nous voyons entre les patients SLA plus âgés et plus jeunes est due aux signatures biochimiques uniques que nous relevons et qui sont en corrélation avec la SLA héréditaire, qui produit généralement des symptômes avant l'âge de 55 ans, et ce qu'on appelle la SLA sporadique qui survient plus tard dans la vie."

Berry pense que le graphène détecte les biosignatures uniques - des combinaisons de protéines, et d'autres biomolécules présentes dans le liquide céphalo-rachidien d'individus atteints de différentes maladies.

"Les propriétés électroniques du graphène ont été largement étudiées, mais ce n'est que récemment que nous avons commencé à examiner ses propriétés phononiques comme moyen de détecter des maladies, " a déclaré Berry. " Et il s'avère que le graphène est un détecteur extrêmement polyvalent et précis des biosignatures de maladies trouvées à la fois dans le liquide céphalo-rachidien et dans les cellules entières. "