AFM-IR: 원자 군대 현미경을 가진 적외선 이하 셀 방식 화상 진찰

박사에 의하여 Alexandre Dazzi

Alexandre Dazzi 의 Université 파리 Sud, Laboratoire de Chimie Physique, Batiment 201-P2, 91405 Orsay, 프랑스 박사. 대응 저자: alexandre.dazzi@u-psud.fr

유효한 기존 공구는 적외선 분광학 및 현미경 검사법을 나노미터 가늠자에 능력을 발휘하기 위하여 한정되 모든 다른 가깝 필드 현미경을 고려하. 그러나 AFM-IR 의 조정 가능한 레이저에 원자 군대 현미경을 결합하는 (AFM) 새로운 적외선 spectromicroscope는, 연구원이 가능한 가늠자에 화학 정보를 이전에 파생하는 것을 허용합니다. 흡수의 악대의 밀회 약속은 비 애매하 고아한 적외선 방법을 사용하여 장악된 그들 처럼 AFM-IR 스펙트럼을 쉽게 사용하는 것을 spectroscopists가 허용하.

AFM-IR의 원리는1 맥박이 뛴 조정 가능한 레이저 (숫자 1)를 가진 접촉형에 있는 AFM를 결합하기 위한 것입니다. 견본은 적외선 투명한 프리즘에 두고 레이저로 그 후에 비칩니다. 레이저 파장이 견본의 흡수대에 조정될 때, 흡수한 레이저 광은 견본의 흡수하는 지구에 있는 photothermal 온도 상승을 일으키는 원인이 됩니다. IR 흡수 때문에 온도 증가가, 견본 확장한 대로. 현지 열 확장은 AFM의 끝으로 감시됩니다. 견본의 급속한 열 확장은 진동으로 외팔보를 모는 군대 전류를 생성합니다. 따라서 광 펄스가 흡수되고 견본을 가열할 때마다, 외팔보는 그것의 공명 주파수에 전류를 고주파로 변환시킵니다. 진폭은 흡수된 에너지에 정비례해2, FTIR 같이 IR 분광학 크게 하기 위하여 즉시 기술 상관되는 흡수 스펙트럼에 따라서 지도하. FTIR에 비교해, AFM-IR 기술의 감도는 화학적으로 나노미터의 10의 규모 가늠자에 견본을 확인할 수 있습니다.

숫자 1: AFMIR 기술의 개략도

AFM-IR 기술은 우리의 연구소 (Laboratoire de Chimie Physique, Orsay, 프랑스)에서 5 년간 사용되었습니다. 실험은 d'Orsay 센터 레이저 Infrarouge에 실행 설치되고 (CLIO, http://clio.lcp.u-psud.fr/clio_eng/clio_eng.htm)는 지금 영원한 beamline를 제공합니다. CLIO는 오히려 예외적 방법으로 달립니다: 그것은 저희가 그밖 연구 단체에게서 외부 사용자에게 우리의 시스템을 제안하는 것을 허용합니다. 근원의 논고는 3에서 150 µm에 조정 가능한 자유로운 전자 레이저인입니다. 접근은 싱크로트론 센터에 그들과 유사한 계획 위원회에 의해 처리됩니다. 우리가 다른 지역, 특히 생물학, 및 계속 nanophotonics에서 몇몇 계획사업에 공저할 수 있다3,4,5,6,7이 문맥에서 입니다.8,9,10

미생물학에 있는 적용 예: Rhodobacter capsulatus로 PHB 위치6

Rhodobacter capsulatus는 소포 포함 모양의 밑에 중합체를 생성하는 자주색 nonsulfur 광합성 박테리아, 그것의 에너지 저장을 위한 polyhydroxybutyrate (PHB), 입니다. PHB는 폴리에스테의 종류에 속하고 수년 동안 폴리에틸렌과 폴리프로필렌의 그러나 재생 가능 자원을 이용할 수 있의 이점에 그들에 유사한 기계 및 열가소성 속성이 있는 플라스틱의 생산에 있는 사용되었습니다. PHB의 존재는 특정 흡수대, 특히 그밖 박테리아 악대에서 구별 가능한 약 1740 cm (에스테르의 C=Os)의-1 존재에 의해 중앙 적외선 도메인에서, 쉽게 시험될 수 있습니다: 1660 cm 의 1550 cm-1에 아미드 II에 아미드 I-1.

숫자 2에 있는 최고 심상은 고전적인 AFM에 의해 장악된 박테리아의 지세를 디스플레이합니다. 밑바닥 심상은 PHB의 대응 화학 작도법을 보여줍니다 (1740 cm에-1). 모든 지도에, 우리는 신호가 더 강렬한 지역의 둘레에 지방화했습니다 (빨간 도메인). 이 도메인은 박테리아 (숫자 제 2, ef) 안쪽에 PHB 과립에 대응합니다. 각 화학 지도에, 우리는 절반 고도에 폭을 추정해서 과립의 규모를 추정해서 좋습니다. 제 2 큰 단지 50 nm의 210 nm 직경 그리고 긴 모양 하나의 큰 둥근 과립을 제시한다는 것을 계산하십시오 (심상의 상단). 이 긴 모양은 가능성이 높습니다 막에 가깝게 일렬로 늘어선 작은 둥근 PHB 소포의 결과. 숫자 2e는 PHB 소포 없이 박테리아를 보여줍니다. 이것은 이 성장하고 있는 조건 하에서, PHB가 모든 Rhodobacter capsulatus 박테리아에 의하여 반드시 생성하지 않다는 것을 건의합니다. 흡수하는 지역이 다른 규모의 2개의 인접한 소포에 의해 실제로 구성된다는 것을 숫자 2f (숫자 2e의 급상승)는 제시합니다.

숫자 2a: Rhodobacter 1 단 하나 capsulatus의 AFM 지세.

숫자 2b: 2마리의 분리된 박테리아 Rhodobacter의 AFM 지세.

숫자 2c: b)에 지방화되는 가장 낮은 박테리아에 AFM 급상승.

제 2 계산하십시오: 대응 topogaphy 아)의 PHB의 화학에게-1 지도로 나타내기 (1740 cm에).

숫자 2e: b)의 PHB의 화학에게 지도로 나타내기.

숫자 2f: c)의 PHB의 화학에게 지도로 나타내기.

우리는 소포 (숫자 2f)의 분광학 반응을 공부하고 박테리아 문화 (숫자 3)의 FTIR 스펙트럼과 그것이라고 비교했습니다. (숫자 3b에 의해 조준되는) 단 하나 박테리아에 스펙트럼은 PHB의 화학에게 지도로 나타내기를 사용하여 신호의 최대에 AFM의 끝을 직접 두어서 (빨간 숫자 3a에서) 측정되었습니다. 숫자 3b에서 지도로 나타내 우리는 1660 cm에 아미드 I 악대가 더 약하고-1 시끄러운 것처럼 보이더라도 반면 핫스팟의 PHB-1 본질을 설명하는 (1740 cm에 중심에 있는) 에스테르의 C=O의 강렬한 악대를 관찰합니다. 두번째 스펙트럼은 점 B (흡수 소포에 끝을의 국경에 숫자 3) 두어서 기록되었습니다. 스펙트럼은 박테리아 문화 (녹색에서 숫자 3)의 FTIR 스펙트럼과 유사한 아미드 I를 위한 더 나은 신호를 보여줍니다. 그 케이스에 있는 PHB의 강렬은 PHB 화학에게 지도로 나타내기로 일관된 이전 위치에 비교해 줄였습니다. 끝이 C에 (있을 때 숫자 3)는, 소포에서, AFM-IR 스펙트럼 C=O 악대를 보여주지 않습니다 (보라빛 숫자 3)에서.

숫자 3a: 박테리아 문화의 현지 (공산분자에 있는 A, B, 제비꽃에 있는 오렌지에 있는 C) AFM-IR 스펙트럼과 FTIR 스펙트럼 사이 비교 (녹색에서).

숫자 3b: 대응 위치 (A, 스펙트럼 측정을 가진 에스테르 악대의 C=O의 박테리아 화학에게 지도로 나타내기의 B, C).

이 결과는 최대 관심사의 AFM-IR가 단세포의 연구 결과에 직접 적용될 수 있는 비침범성 기술이기 때문에 입니다. 이 기술, nano 해결책에 감사는 지금 IR 방사선을 사용하여 화상 진찰을 위해 달성가능합니다. 이것은 IR 화상 진찰을 subcellular 가늠자, IR 지도로 나타내기에 있는 돌파구에 가능하게 합니다. Spectromicroscopy는 강력한 cellulo에 있는 매우 현지 구성을 결정하기 위하여 공구를 나타냅니다

2010년에 풀어 놓아, AFM-IR는 지금 상업적인 benchtop 계기로 유효합니다: Anasys Instruments Inc.의 개발되고 판매되는 nanoIR.


참고

[1] A. Dazzi, R. Prazeres, F. Glotin, J.M. 오르테가는, 선택합니다. Lett. 30, 2388 (2005년).

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[9] J. Houel, E. Homeyer, S. Sauvage, P. Boucaud, A. Dazzi, R. Prazeres, J.M.Ortega 의 광학 Exp., 17, 10887-10894 (2009년).

[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 및 A. Lemaitree, Phys. 목사 B 83, 035302 (2011년).

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

Last Update: 14. June 2013 07:05

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