AFM-IR: Ультракрасное Субцеллюлярное Воображение с Атомным Микроскопом Усилия

Др. Александром Dazzi

Др. Александр Dazzi, Париж-Юг Université, Laboratoire de Chimie Физические данные, Batiment 201-P2, 91405 Orsay, Франция. Соответствуя автор: alexandre.dazzi@u-psud.fr

Существующие инструменты доступные выполнить ультракрасные спектроскопию и микроскопию на маштабе нанометра лимитированы рассматривающ все различные микроскопы близко-поля. Однако AFM-IR, новое ультракрасное spectromicroscope соединяя Атомный Микроскоп Усилия (AFM) к настраиваемый лазеру, позволяет исследователям вывести химическую информацию на маштабе не ранее возможном. Assignation диапазонов абсорбциы non-неоднозначн позволяющ spectroscopists использовать спектры AFM-IR как легко как те полученные используя классические ультракрасные методы.

Принцип AFM-IR1 соединить AFM в режиме контакта с пульсированным настраиваемый лазером (Диаграммой 1). Образец помещен на ультракрасн-прозрачной призме и после этого облучен с лазером. Когда длина волны лазера настроена на полосах поглощения образца, поглощенный лазерный луч причиняет photothermal повышение температуры в absorbing зонах образца. По Мере Того Как увеличения температуры должные к абсорбцие ИК, образец расширяют. Местное тепловое расширение проконтролировано с подсказкой AFM. Быстрое тепловое расширение образца производит ИМП ульс усилия который управляет cantilever в колебание. Так каждый раз поглощен и нагрюет световой импульс образец, cantilever осциллирует на своей частоте резонанса. Амплитуда прямо-пропорциональна к поглощенной энергии2, таким образом водящ к спектрам поглощения которые охотно сопоставлены для того чтобы ссыпать методы спектроскопии ИК как FTIR. Сравнено к FTIR, чувствительность метода AFM-IR могл химически определить образцы на маштабе размера 10 нанометра.

Диаграмма 1: Схема метода AFMIR

Метод AFM-IR использован в наш исследовательскийа центр (Laboratoire de Chimie Физические данные, Orsay, Франция) на 5 лет. Были настроены эксперименты и бег на Лазере Infrarouge Центра d'Orsay (CLIO, http://clio.lcp.u-psud.fr/clio_eng/clio_eng.htm) и теперь обеспечивает постоянное beamline. CLIO работается в довольно необыкновенном путе: Оно позволяет нам предложить наши системы к внешним пользователям от других исследовательских групп. Спецификация источника быть лазером свободного электрона настраиваемый от 3 к µm 150. Доступ управляется комитетом по программам подобным к тем на центрах синхротрона. Он в этом контексте что мы могл сотрудничать на нескольких проектов в различных областях, в частности в биологии3,4,5,6,7, и в nanophotonics.8,9,10

Пример Применения в микробиологии: Положение PHB в capsulatus Rhodobacter6

Capsulatus Rhodobacter пурпуровая nonsulfur фотосинтетическая бактерия, которая производит полимер, polyhydroxybutyrate (PHB), для своего накопления энергии под формой включения vesicle. PHB принадлежит к типу полиэфиров и использовано на несколько лет в продукции пластмасс имея подобные механически и термопластиковые свойства к тем полиэтилена и полипропилена но с преимуществом мочь использовать ресурсы способные к возрождению. Присутсвие PHB можно зондировать в средний-ультракрасном домене присутсвием специфических полос поглощения, в частности вокруг 1740 cm-1 (C=Os эстера), легко distinguishable от других диапазонов бактерий: Амид I на 1660 cm-1, Амид II на 1550 cm-1.

Верхние изображения в Диаграмме 2 показывают топографию бактерий полученных классицистическим AFM. Нижние изображения показывают соответствуя химическое картоведение PHB (на 1740 cm-1). На всех картах, мы локализовали вокруг зон где сигнал более интенсивен (красные домены). Эти домены соответствуют к зернам PHB внутри бактерий (Диаграммы 2 d, e, f). На каждой химической карте, мы можем оценить размер зерен путем оценивать ширину на половинной высоте. Вычисляйте что 2d показывает большое круглое зерно диаметра 210 nm и длинней формы одного только 50 nm большого (верхняя часть изображения). Эта длинняя форма очень правоподобна результат малых сферически vesicles PHB выровнянных вверх близко к мембране. На Диаграмму 2e показано бактерию без vesicle PHB. Это предлагает что под этими растущими условиями, все бактерии capsulatus Rhodobacter обязательно не производят PHB. Диаграмма 2f (сигнал Диаграммы 2e) показывает что absorbing область в действительности составлена 2 смежными vesicles различных размеров.

Диаграмма 2a: Топография AFM одного одиночного capsulatus Rhodobacter.

Диаграмма 2b: Топография AFM 2 отделенных бактерий Rhodobacter.

Диаграмма 2c: Сигнал AFM на самой низкой бактерии локализованной на b).

Вычисляйте 2d: химический отображать PHB (на 1740 cm-1) соответствуя topogaphy a).

Диаграмма 2e: химический отображать PHB b).

Диаграмма 2f: химический отображать PHB c).

Мы изучали реакцию спектроскопии vesicle (Диаграммы 2f) и сравнивали ему с спектром FTIR культуры бактерий (Диаграммы 3). Спектр на одиночной бактерии (в красной Диаграмме 3a) был измерен путем располагать подсказку AFM сразу на максимум сигнала используя химический отображать PHB (как указано Диаграммой 3b). Мы наблюдаем интенсивным диапазоном C=O эстера (центризованного на 1740 cm-1) тогда как Амид Я диапазон на 1660 cm-1 кажусь слабе и шумным, демонстрируя природу PHB горячей точки отображая от Диаграммы 3b. Второй спектр был записан путем располагать подсказку на этап B (Диаграмма 3) на границе vesicle абсорбциы. Спектр показывает более лучший сигнал на Амид I который подобен к спектру FTIR культуры бактерий (Диаграммы 3 в зеленом цвете). Интенсивность PHB в таком случае уменьшала сравнено к предыдущему положению, которое последовательно с отображать PHB химический. Когда подсказка расположена к C (на Диаграмму 3), из vesicle, спектр AFM-IR не показано диапазон C=O (в лиловой Диаграмме 3).

Диаграмма 3a: Сравнение между местный (A в красном цвете, B в померанце, C в фиолете) спектрами AFM-IR и спектром FTIR (в зеленом цвете) культуры бактерий.

Диаграмма 3b: отображать бактерии химический C=O диапазона эстера с соответствуя положением (A, B, C) измерений спектров.

Эти результаты предельного интереса по мере того как AFM-IR неинвазивный метод который может быть прикладной сразу к изучению одиночных клеток. Спасибо этот метод, nano-разрешение теперь достижимы для воображения используя радиацию ИК. Это делает воображение ИК возможным на субцеллюлярном маштабе, прорыве в ИК-отображать. Spectromicroscopy представляет мощный инструмент для того чтобы определить ультра-местный состав в cellulo

Выпущено в 2010, AFM-IR теперь доступно как коммерчески аппаратура benchtop: nanoIR, начатое и проданное Anasys Аппаратурами Inc.


Справки

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

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

[3] A.Dazzi, R.Prazeres, F.Glotin, J.M.Ortega, Ультракрасная Физика и Технология, 49, 113 (2006).

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

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

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

[7] C. Policar, J.B. Waern, M.A. Plamont, S. Clède, C. Mayet, R. Prazeres, J. - M. Ortega, A. Vessières, и A. Dazzi, Вариант Angewandte Chemie Международный, VOL. 50, Вопрос 4, 860-864, (2011).

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

[9] J. Houel, E. Homeyer, S. Sauvage, P. Boucaud, A. Dazzi, R. Prazeres, J.M.Ortega, Оптика 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 и A. Lemaître, Phys. Rev. B 83, 035302 (2011).

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

Last Update: 14. June 2013 09:48

Ask A Question

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

Leave your feedback
Submit