AFM-IR: 原子力の顕微鏡との赤外線細胞レベル下イメージ投射

先生によってアレグサンダー Dazzi

アレグサンダー Dazzi の Université のパリ石鹸水、 Laboratoire de Chimie Physique、 Batiment 201-P2、 91405 Orsay、フランス先生。 対応する著者: alexandre.dazzi@u-psud.fr

使用できる既存のツールは赤外線分光学および顕微鏡検査をナノメーターのスケールで行うために限られてすべての異なったほぼフィールド顕微鏡を考慮します。 ただし AFM-IR の波長可変レーザーに原子力の顕微鏡をつなぐ (AFM)新しい赤外線 spectromicroscope は研究者が可能なスケールの化学情報を前に得ることを可能にします。 吸収のバンドの割り当ては非曖昧で古典的な赤外線方法を使用して得られるそれら AFM-IR スペクトルを容易に使用するように spectroscopists がします。

AFM-IR の原則は1 脈打った波長可変レーザー (図 1) との接触モードの AFM をつなぐことです。 サンプルは赤外線透過プリズムに置かれ、次にレーザーによって照射されます。 レーザーの波長がサンプルの吸収バンドで調整されるとき、吸収されたレーザー光線によりサンプルの引きつけられる領域で photothermal 温度の上昇を引き起こします。 IR の吸収による温度の増加がサンプル拡大するように。 ローカル熱拡張は AFM の先端と監視されます。 サンプルの急速な熱拡張は振動に片持梁を運転する力の衝動を生成します。 従って光の点滅が吸収され、サンプルを熱するたびに、片持梁は共鳴頻度で振動します。 従って振幅は吸収されるエネルギーに正比例して2FTIR のような IR の分光学のかさ張るために容易に技術関連する吸収スペクトルに導きます。 FTIR と比較されて、 AFM-IR の技術の感度は化学的にナノメーターの 10 のサイズのスケールのサンプルを識別できます。

図 1: AFMIR の技術の設計図

AFM-IR の技術は私達の研究所 (Laboratoire de Chimie Physique、 Orsay、フランス) で 5 年間使用されました。 実験は d'Orsay 中心レーザー Infrarouge の実行セットアップされ、 (CLIO、 http://clio.lcp.u-psud.fr/clio_eng/clio_eng.htm) は今常置 beamline を提供し。 CLIO は幾分珍しい方法で動作します: それは私達が他の研究グループからの外部利用者に私達のシステムを提供することを可能にします。 ソースの指定は 3 から 150 µm に調整可能な自由電子レーザーであることです。 アクセスはシンクロトロンの中心のそれらに類似しているプログラム委員会によって管理されます。 それはこの文脈に私達が異なった領域、特に生物学、およびずっと nanophotonics の複数のプロジェクトで協力3,4,5,6,7できることです。8,9,10

微生物学の適用例: Rhodobacter の capsulatus への PHB の位置6

Rhodobacter の capsulatus は小胞の包含の形の下にポリマーを作り出す紫色の nonsulfur 光合成の細菌、エネルギー蓄積のための polyhydroxybutyrate (PHB)、です。 PHB はポリエステルのクラスに属し、数年の間ポリエチレンおよびポリプロピレンの再生可能資源を使用できる利点とのそれらへの同じような機械および熱可塑性の特性を持っているプラスチックの生産で使用されました。 PHB の存在は特定の吸収バンド、特に他の細菌バンドから区別可能なおよそ 1740 cm (エステルの C=Os) の-1 存在によって中間赤外線領域で、容易に厳密に調べることができます: 1660 cm の 1550 cm のアミド II のアミド I-1

図 2 の上の画像は標準的な AFM によって得られる細菌の地形を表示します。 最下の画像は PHB の対応する化学地図作成を示します (1740 cm で-1)。 すべてのマップで、私達はシグナルがより強い領域のあたりに集中しました (赤い領域)。 これらの領域は細菌 (図第 2ef) の中の PHB の微粒に対応します。 各々の化学マップで、私達は半分の高さで幅の推定によって微粒のサイズを推定してもいいです。 第 2 が大きい 50 だけ nm の 210 nm の直径そして長い形 1 の大きい円形の微粒を明らかにすることを計算して下さい (画像の上)。 この長い形は可能性が高いです膜の近くで並べられる小さい球形 PHB の小胞の結果。 図 2e は PHB の小胞なしで細菌を示します。 これはこれらの成長する条件の下で、すべての Rhodobacter の capsulatus の細菌が必ずしも PHB を作り出さないことを提案します。 実際は引きつけられる領域が異なったサイズの 2 つの隣接した小胞によって構成されることを図 2f (図 2e のズームレンズ) は明らかにします。

図 2a: Rhodobacter の 1 単一の capsulatus の AFM の地形。

図 2b: 2 匹の分けられた細菌 Rhodobacter の AFM の地形。

図 2c: b) に集中する最も低い細菌の AFM のズームレンズ。

第 2 を計算して下さい: 対応する topogaphy a) の PHB の化学-1マップ (1740 cm で)。

図 2e: b) の PHB の化学マップ。

図 2f: c) の PHB の化学マップ。

私達は小胞 (図 2f) の分光学の応答を調査し、細菌文化 (図 3) の FTIR スペクトルとそれ比較しました。 (図 3b によって指される) 単一の細菌のスペクトルは PHB の化学マップを使用してシグナルの最大値で AFM の先端を直接置くことによって (赤い図 3a で) 測定されました。 図 3b からマップしている私達は 1660 cm のアミド I バンドがより弱く、-1騒々しいようである一方ホットスポットの PHB の-1 性質を示すエステルの C=O の強いバンドを (1740 cm に集中する) 観察します。 第 2 スペクトルはポイント B (吸収の小胞の先端ののボーダーの図 3) 位置によって記録されました。 スペクトルは細菌文化 (緑の図 3) の FTIR スペクトルに類似しているアミド I のためのよりよいシグナルを示します。 そのケースの PHB の強度は PHB の化学マップに一貫している前の位置と比較されて減りました。 先端が C に (置かれるとき図 3) は、小胞から、 AFM-IR スペクトル C=O バンドを示しません (すみれ色図 3) で。

図 3a: 細菌文化のローカル (赤の A、 B、バイオレットのオレンジの C) AFM-IR スペクトルと FTIR スペクトル間の比較 (緑で)。

図 3b: 対応する位置 (A、スペクトルの測定のエステルバンドの C=O の細菌の化学マップの B、 C)。

これらの結果は最大の興味 AFM-IR が単一セルの調査に直接適用することができる非侵襲的な技術であるのでです。 この技術、 nano 解像度のおかげでは IR の放射を使用してイメージ投射のために今達成可能です。 これは IR イメージ投射を細胞レベル下のスケール、 IR マップの進歩で可能にさせます。 Spectromicroscopy は cellulo の超ローカル構成を定めるために強力なツールを表します

2010 年に解放されて、 AFM-IR は商業 benchtop の器械として今使用できます: Anasys Instruments Inc. 著開発され、販売される nanoIR。


参照

[1] A. Dazzi、 R. Prazeres、 F. Glotin、 J.M. オルテガは、選択します。 Lett。 30、 2388 (2005 年)。

[2] A. Dazzi、 F. Glotin、および R. Carminati、 J. Appl。 Phys。 107、 124519 (2010 年)

[3 つ] A.Dazzi、 R.Prazeres、 F.Glotin、 J.M.Ortega、赤外線物理学および技術、 49、 113 (2006 年)。

[4] A.Dazzi、 R.Prazeres、 F.Glotin、 J.M.Ortega、 M.Alsawaftah、 M.De Frutos の Ultramicroscopy 108、 635-641、 (2008 年)。

[5] C. Mayet、 A. Dazzi、 R. Prazeres、 F. Allot、 F. Glotin、 J.M. オルテガは、選択します。 Lett。 33,1611-1613 (2008 年)。

[6] C. Mayet、 A. Dazzi、 R. Prazeres、 J。 - M。オルテガ、 D. Jaillard のアナリスト 135、 2540-2545 (2010 年)。

[7] C. Policar、 J.B. Waern、 M.A. Plamont、 S. Cledee、 C. Mayet、 R. Prazeres、 J。 - M。オルテガ、 A. Vessieress、および A. Dazzi の Angewandte Chemie の国際的な版、 Vol. 50 の問題 4、 860-864、 (2011 年)。

[8] J.Houel、 S.Sauvage、 P.Boucaud、 A.Dazzi、 R.Prazeres、 F.Glotin、 J.M.Ortéga、 A.Miard、 A.Lemaître の Lett 99、 217404 Phys の Rev. (2007 年)。

[9] J. Houel、 E. Homeyer、 S. Sauvage、 P. Boucaud、 A. Dazzi、 R. Prazeres、 J.M.Ortega の光学 Exp.、 17、 10887-10894 (2009 年)。

[10] S. Sauvage、 A. Driss、 F. Reverett、 P. Boucaud、 A. Dazzi、 R. Prazeres、 F. Glotin、 J。 - M。 Ortéga、 A. Miard、 Y. Halioua、 F. Raineri、 I. Sagnes および A. Lemaitree、 Phys。 Rev. B 83、 035302 (2011 年)。

Date Added: Jul 17, 2011 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 14. June 2013 09:28

Ask A Question

Do you have a question you'd like to ask regarding this article?

Leave your feedback
Submit