Автор AZoNano 30 марта 2021 года

Высокоскоростная атомно-силовая микроскопия (HS-AFM) определяется как метод визуализации, который можно использовать для визуализации биологических процессов, например активности белков. Текущая стандартная частота кадров HS-AFM достигает 12 кадров в секунду (fps).

Тем не менее, для улучшения возможностей метода и возможности его применения для постоянно расширяющегося диапазона биологических образцов требуется лучшая скорость видео.

Более быстрое время записи связано с меньшим взаимодействием между образцом и зондом – зондом, который сканирует поверхность образца, тем самым делая процедуру визуализации менее инвазивной.

Синго Фукуда и Тошио Андо из Института нано-наук о жизни (WPI-NanoLSI) Университета Канадзавы разработали альтернативный метод HS-AFM для увеличения частоты кадров до 30 кадров в секунду.

Изображение АСМ получают путем бокового перемещения иглы над поверхностью образца. Во время этого движения XY-сканирования положение острия в направлении, перпендикулярном плоскости XY (координата z), будет соответствовать профилю высоты образца.

Затем изменение Z-координаты наконечника дает карту высот или изображение образца.

Фукуда и Андо работали с HS-AFM в предполагаемом режиме амплитудной модуляции. Затем наконечник заставляли колебаться с заданной амплитудой. При сканировании поверхности амплитуда колебаний будет изменяться из-за изменений высоты в структуре образца.

Чтобы восстановить исходную амплитуду, необходимо исправить расстояние между зондом и образцом. Топология поверхности образца определяет величину коррекции, которая, в свою очередь, определяется так называемой ошибкой управления с обратной связью установки.

Исследователи заметили, что ошибка управления обратной связью имеет тенденцию различаться, когда наконечник движется в противоположных направлениях, что называется отслеживанием и обратным отслеживанием. В конце концов, это изменение является результатом действия различных физических сил, когда наконечник «толкается» (отводится назад) и когда его «вытягивают» (отслеживание).

Фукуда и Андо применили свое понимание физики, лежащей в основе процессов слежения и обратного слежения, для разработки режима построения изображений, который обходит обратное слежение. Это должно быть точно учтено в алгоритме управления.

Они провели испытание в своем режиме визуализации только следов на образцах актиновых филаментов. (Актин – это белок, обычно обнаруживаемый в клетках.) Визуализация была не только более быстрой, но и менее инвазивной – волокна ломались гораздо реже.

Более того, исследователи зарегистрировали процессы полимеризации (через белок-белковые взаимодействия); снова было обнаружено, что методика более быстрая и менее инвазивная, чем стандартная операция отслеживания-восстановления с помощью АСМ.

Исследователи уверены, что их « простой и высокоэффективный метод скоро будет внедрен в существующие и будущие системы HS-AFM и улучшит широкий спектр исследований изображений HS-AFM в биофизике и других областях ».

Ссылка на журнал:

Фукуда, С. и Андо, Т. (2021) Ускоренная высокоскоростная атомно-силовая микроскопия для визуализации биомолекулярных процессов. Обзор научных инструментов . doi.org/10.1063/5.0032948.

Источник: https://www.kanazawa-u.ac.jp/e/[19459008visible