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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
Le premier prototype de microscope électroniquemicroscope 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 optiquemicroscope optique, il ne fallut que deux années pour que la résolutionrésolution 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 SiemensSiemens, cherchant à rendre visible le virus de la poliomyélitepoliomyélite. 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 déshydratationdéshydratation produite va provoquer une contraction des bactériesbactéries 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 graphènegraphène est un feuillet dont l'épaisseur est précisément celle d'un des atomes de carbone le composant. Il est transparenttransparent et plutôt résistant aux faisceaux d'électrons que l'on peut utiliser en microscopie électronique. Toutefois, il s'oppose au passage des moléculesmolécules d'eau. En fixant des protéinesprotéines 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 aqueuxaqueux des cellules. Il devrait donc être possible d'utiliser la même méthode pour isoler temporairement une fraction d'un tel liquideliquide 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.
