石墨烯，这种神奇的材料使两位研究人员获得了2010年诺贝尔物理学奖，并且一直是无数科学研究和新闻报道的主题，无疑已经成为焦点。现在它可能会在显微镜下成为中心舞台。
石墨烯本质上是单原子厚度的石墨薄片，是碳的最薄形式。这种材料因其强度、透明性和吸引人的电气特性而备受关注。
现在，研究人员已经利用石墨烯的新颖属性来缓解纳米尺度世界研究工作中的一项挑战——将高分辨率显微镜工具应用于液体中的物体。电子显微镜可以通过用电子束照射微小物体来对固体结构进行成像，分辨率可达单个原子尺度。但是，要为流体样品实现相同的分辨率是一项棘手的任务，因为电子显微镜需要真空环境，以防止空气分子干扰照射电子束。而真空会导致液体蒸发。
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在4月6日出版的《科学》杂志上，来自劳伦斯伯克利国家实验室、加州大学伯克利分校以及韩国大田韩国科学技术院的团队报告称，当液体被封装在石墨烯中时，在电子显微镜的真空中表现良好。研究人员将纳米级液滴夹在两层石墨烯薄片之间，然后使用透射电子显微镜进行观察。
他们发现，石墨烯胶囊可以保护液体免受真空影响，同时还可以实现原子分辨率成像，这对于其他由氮化硅等材料制成的液体胶囊来说一直是一个挑战。“问题在于氮化硅已经有25纳米厚。它比石墨烯厚得多，”加州大学伯克利分校研究生、这项新研究的合著者朴正元（Jungwon Park）说。“它会散射掉大量电子束，并大大降低分辨率和对比度。”
另一方面，石墨烯液体胶囊的壁非常薄——不到一纳米厚——以至于研究人员可以分辨出内部的单个铂原子。
朴正元和他的同事正在使用石墨烯胶囊实时追踪溶液中铂纳米粒子的生长。“我们知道如何在湿实验室中制造纳米粒子，但我们仍然不明白它们为什么会形成如此漂亮的形状和结构，”他说。“我们想完全按照我们在实验室中进行的反应进行实验，并实时观察内部发生的情况。”
石墨烯还可以帮助促进生物样本的超高分辨率显微镜观察，尽管电子显微镜粒子束的辐射损伤潜力会带来一些限制。“石墨烯液体胶囊可以用于在水中采集生物样本，可能，”朴正元说。事实上，另一个研究小组最近证明了石墨烯在生物成像方面的适用性，尽管能力较为有限。去年，堪萨斯州立大学的研究人员将富含水的细菌包裹在用与细菌细胞壁结合的蛋白质处理过的石墨烯中后，将其暴露于电子显微镜下。
德国萨尔布吕肯莱布尼茨新材料研究所的显微镜学家尼尔斯·德·容格（Niels de Jonge）说：“人们可以考虑将蛋白质或蛋白质复合物封装在石墨烯气泡中。”“我实际上很想看到这类研究。” 他说，一个尚未解决的问题是，与研究人员通过冷冻生物样品进行成像的替代方法相比，液体显微镜是否会降低或增加电子束的辐射效应。
使液体样品更兼容电子显微镜的努力可以追溯到几十年前，即这项技术本身的早期。“一开始非常令人沮丧，”德·容格说。“人们真的认为不可能取得这类成果，很高兴看到有几个研究小组正在涉足这个研究领域。你们开辟了一个可以看到的新领域。”