Afm-IRL: Infrarode Sub-Cellular Weergave met een AtoomMicroscoop van de Kracht

Door Dr. Alexandre Dazzi

Dr. Alexandre Dazzi, Université Parijs-Sud, Laboratoire DE Chimie Physique, Batiment 201-P2, 91405 Orsay, Frankrijk. Overeenkomstige auteur: alexandre.dazzi@u-psud.fr

De bestaande beschikbare hulpmiddelen om de infrarode spectroscopie en de microscopie bij de nanometerschaal uit te voeren zijn beperkt overwegend alle verschillende dichtbijgelegen-gebiedsmicroscopen. Nochtans afm-IRL, een nieuwe infrarode spectromicroscope die staat een AtoomMicroscoop van de Kracht (AFM) koppelen aan een melodieuze laser, onderzoekers toe om chemische informatie op eerder mogelijke schaal af te leiden niet. De opdracht van banden van absorptie is niet dubbelzinnig toestaand spectroscopists om spectrums zo gemakkelijk te gebruiken afm-IRL zoals die verkregen gebruikende klassieke infrarode methodes.

Het principe van afm-IRL1 is AFM op contactwijze aan een gepulseerde melodieuze laser (Figuur 1) te koppelen. Een steekproef wordt geplaatst op een infrarood-transparant prisma en met de laser dan bestraald. Wanneer de lasergolflengte op de absorptiebanden van de steekproef wordt gestemd, veroorzaakt het geabsorbeerde laserlicht een fotothermische temperatuurstijging van de absorberende gebieden van de steekproef. Als temperatuurverhogingen toe te schrijven aan de absorptie van IRL, breidt de steekproef zich uit. De lokale thermische uitbreiding wordt gecontroleerd met het uiteinde van AFM. De snelle thermische uitbreiding van de steekproef produceert een krachtimpuls die de cantilever in schommeling drijft. Zo telkens als de lichte impuls wordt geabsorbeerd en de steekproef verwarmt, oscilleert de cantilever bij zijn resonantiefrequentie. De omvang is direct evenredig aan de geabsorbeerde energie2, zo leidend tot absorptiespectrums die gemakkelijk gecorreleerd met bulk de spectroscopietechnieken van IRL zoals FTIR zijn. Vergeleken bij FTIR, kan de gevoeligheid van de techniek afm-IRL steekproeven op de grootteschaal van tientallen van nanometer chemisch identificeren.

Figuur 1: Schema van techniek AFMIR

De techniek afm-IRL is gebruikt in ons onderzoekscentrum (Laboratoire DE Chimie Physique, Orsay, Frankrijk) vijf jaar. De experimenten waren opstelling en lopen bij de Laser d'Orsay Infrarouge van het Centrum (CLIO, http://clio.lcp.u-psud.fr/clio_eng/clio_eng.htm) en verstrekt nu een permanente beamline. CLIO wordt in werking gesteld op een eerder ongebruikelijke manier: Het staat ons toe om onze systemen aan buitengebruikers van andere onderzoeksteams aan te bieden. De specificatie van de bron moet een vrije elektronenlaser zijn melodieus van 3 tot 150 µm. De Toegang wordt beheerd door een programmacommissie gelijkend op die op synchotroncentra. Het is in deze context dat wij op verscheidene projecten op verschillende gebieden, in het bijzonder in biologie, en3,4,5,6,7in nanophotonics hebben kunnen samenwerken.8,9,10

Het voorbeeld van de Toepassing in de microbiologie: Plaats PHB in capsulatus Rhodobacter6

Capsulatus van Rhodobacter is een purpere nonsulfur fotosynthetische bacterie, die een polymeer produceert, polyhydroxybutyrate (PHB), voor zijn energieopslag onder de vorm van de blaasjeopneming. PHB behoort tot een klasse van polyesters en verscheidene jaren in de productie van plastieken die gelijkaardige mechanische en thermoplastische eigenschappen hebben aan die van polyethyleen en polypropyleen maar met het voordeel om vernieuwbare middelen te kunnen gebruiken gebruikt. De aanwezigheid van PHB kan in het medio-infrarode domein door de aanwezigheid van specifieke absorptiebanden, in het bijzonder rond 1740 cm (-1 C=Os van ester) worden gesondeerd, gemakkelijk te onderscheiden van andere bacteriënbanden: Amide I bij 1660 cm-1, Amide II bij 1550 cm-1.

De hoogste die beelden in Figuur 2 tonen de topografie van bacteriën door klassieke AFM wordt verkregen. De bodembeelden tonen de overeenkomstige chemische cartografie van PHB (bij 1740 cm-1). Voor alle kaarten, hebben wij om gebieden gelokaliseerd waar het signaal intenser is (rode domeinen). Deze domeinen beantwoorden aan korrels PHB binnen bacteriën (Cijfer tweede, e, F). Voor elke chemische kaart, kunnen wij de grootte van korrels schatten door de breedte op de halve hoogte te schatten. Kom voor tweede een grote ronde korrel van 210 NMdiameter en lange vorm één van slechts 50 NM groot openbaren (bovenkant van het beeld). Deze lange vorm is zeer waarschijnlijk het resultaat van kleine sferische die blaasjes PHB dicht bij het membraan worden opgesteld. Het Cijfer 2e toont een bacterie zonder blaasje PHB. Dit stelt voor dat in deze groeiende omstandigheden, alle Rhodobacter capsulatusbacteriën noodzakelijk geen PHB produceren. Het Cijfer 2f (gezoem van Cijfer 2e) openbaart dat het absorberende gebied in feite door twee aangrenzende blaasjes van verschillende grootte wordt samengesteld.

Cijfer 2a: Topografie AFM van één enkele capsulatus Rhodobacter.

Cijfer 2b: Topografie AFM van twee gescheiden bacteriën Rhodobacter.

Cijfer 2c: Gezoem AFM op de laagste die bacterie op B wordt gelokaliseerd).

Cijfer tweede: chemische afbeelding van PHB (bij 1740 cm-1) van overeenkomstige topogaphy a).

Cijfer 2e: chemische afbeelding van PHB van B).

Cijfer 2f: chemische afbeelding van PHB van c).

Wij hebben de de spectroscopiereactie van het blaasje (Cijfer 2f) bestudeerd en het met het spectrum FTIR van de bacteriëncultuur vergeleken (Figuur 3). Het spectrum op één enkele bacterie (in rood Cijfer 3a) werd gemeten door het uiteinde van AFM op het maximum van het signaal direct te plaatsen gebruikend de chemische afbeelding van PHB (zoals gericht door Cijfer 3b). Wij nemen een intense die band van C=O van ester (bij 1740 cm wordt-1) gecentreerd waar terwijl Amide I band bij 1660 cm-1 zwakker en lawaaierig lijkt, aantonend de aard PHB van de hete vlekafbeelding van Cijfer 3b. Het tweede spectrum werd geregistreerd door het uiteinde op punt B (Figuur 3) bij de grens van het absorptieblaasje te plaatsen. Het spectrum toont een beter signaal voor Amide I dat aan het spectrum FTIR van de bacteriëncultuur gelijkaardig is (Figuur 3 in groen). De intensiteit van PHB in dat geval is vergeleken bij de vorige positie verminderd, die met de chemische afbeelding PHB verenigbaar is. Wanneer het uiteinde aan C (Figuur 3), uit het blaasje wordt geplaatst, toont het spectrum afm-IRL niet de band C=O (in violette Figuur 3).

Cijfer 3a: Vergelijking tussen lokaal (A in rood, B in sinaasappel, C in viooltje) spectrums afm-IRL en spectrum FTIR (in groen) van de bacteriëncultuur.

Cijfer 3b: bacterie chemische afbeelding van C=O van esterband met overeenkomstige positie (A, B, C) van de spectrumsmetingen.

Deze resultaten zijn van de uiterste rente aangezien afm-IRL een niet-invasieve techniek is die rechtstreeks op de studie van enige cellen kan worden toegepast. Dank aan deze techniek, nano-resolutie is nu haalbaar voor weergave die de straling van IRL gebruiken. Dit maakt de weergave van IRL bij de subcellular schaal, een doorbraak mogelijk in IRL-In kaart brengt. Spectromicroscopy vertegenwoordigt een krachtig hulpmiddel om ultra-lokale samenstelling in cellulo te bepalen

Bevrijd in 2010, is afm-IRL nu beschikbaar als commercieel benchtopinstrument: nanoIR, door Anasys Instruments Inc. wordt en wordt verkocht ontwikkeld dat.


Verwijzingen

[1] A. Opteert Dazzi, R. Prazeres, F. Glotin, J.M. Ortega. Lett. 30, 2388 (2005).

[2] A. Dazzi, F. Glotin, en R. Carminati, J. Appl. Phys. 107, 124519 (2010)

[3] A.Dazzi, R.Prazeres, F.Glotin, J.M.Ortega, Infrarode Fysica en Technologie, 49, 113 (2006).

[4] A.Dazzi, R.Prazeres, F.Glotin, J.M.Ortega, M.Alsawaftah, M.De Frutos, Ultramicroscopie 108, 635-641, (2008).

[5] C. Opteert Mayet, A. Dazzi, R. Prazeres, F. Allot, F. Glotin, J.M. Ortega. Lett. 33,1611-1613 (2008).

[6] C. Mayet, A. Dazzi, R. Prazeres, J. - M. Ortega, D. Jaillard, Analist 135, 2540-2545 (2010).

[7] C. Policar, J.B. Waern, M.A. Plamont, S. Clède, C. Mayet, R. Prazeres, J. - M. Ortega, A. Vessières, en A. Dazzi, de Internationale Uitgave van Angewandte Chemie, Volume 50, Kwestie 4, 860-864, (2011).

[8] J.Houel, S.Sauvage, P.Boucaud, A.Dazzi, R.Prazeres, F.Glotin, J.M.Ortéga, A.Miard, A.Lemaître, Phys Omwenteling Lett 99, 217404 (2007).

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

[10] S. Sauvage, A. Driss, F. Réveret, P. Boucaud, A. Dazzi, R. Prazeres, F. Glotin, J. - M. Ortéga, A. Miard, Y. Halioua, F. Raineri, I. Sagnes en A. Lemaître, Phys. Toer B 83, 035302 (2011).

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

Last Update: 14. June 2013 06:50

Ask A Question

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

Leave your feedback
Submit