AFM-IR: Infrarött Under-Cell- Avbilda med ett Atom- StyrkaMikroskop

Vid Dr Alexandre Dazzi

Dr. Alexandre Dazzi, Université Paris-Sud, Laboratoire de Chimie Fysik, Batiment 201-P2, 91405 Orsay, Frankrike. Motsvarande författare: alexandre.dazzi@u-psud.fr

Det existerande bearbetar tillgängligt för att utföra den infraröda spektroskopin, och microscopy på nanometerfjäll begränsas som betraktar alla olikt, near-sätter in mikroskop. However AFM-IR, en ny infraröd spectromicroscope som kopplar ihop ett Atom- StyrkaMikroskop (AFM) till en tunable laser, låter forskare härleda kemisk information på en möjlighet för fjäll inte föregående. Assignationen av musikband av absorbering är non-tvetydig låta spectroscopists använda AFM--IRspectra så lätt som erhållande de genom att använda klassiska infraröda metoder.

Principen av AFM-IR1 är att koppla ihop AFMEN i kontaktfunktionsläge med en pulserad tunable laser (Figurera 1). En ta prov förläggas på engenomskinlig prisma och bestrålas därefter med laseren. När laser-våglängden trimmas på absorberingsmusikbanden av ta prov, orsakar den absorberade laseren lätt en photothermal temperaturlöneförhöjning i de absorbing regionerna av ta prov. Som absorberingen för IR för temperaturförhöjningar tack vare utvidgar ta prov. Den termiska utvidgningen för lokalen övervakas med spetsen av AFMEN. Den termiska utvidgningen för foren av ta prov frambringar en styrkaimpuls som kör cantileveren in i svängning. , varje gång Så det ljust pulserar, absorberas och värmer ta prov, cantileveren svänger på dess resonansfrekvens. Amplituden är direkt proportionell till den absorberade energin2, leda således till absorberingsspectra som korreleras klart för att bulk IR-spektroskopitekniker lik FTIR. Jämfört till FTIR, är känsligheten av AFM--IRtekniken kompetent chemically att identifiera tar prov på storleksanpassafjäll av tio av nanometeren.

Figurera 1: Schematiskt av AFMIR-teknik

AFM--IRtekniken har använts i vår forskningscentrum (Laboratoire de Chimie Fysik, Orsay, Frankrike) för fem år. Experimenten var ställer in och kör på CentreraLaseren d'Orsay Infrarouge (CLIO, http://clio.lcp.u-psud.fr/clio_eng/clio_eng.htm) och ger nu en permanent beamline. CLIO är inkörd ett snarlikt ovanligt långt: Den låter oss erbjuda våra system till utvändiga användare från andra forskninggrupper. Specifikationen av källan är att vara en laser för fri elektron som är tunable från 3 till µm 150. Access klaras av av en programkommitté som är liknande till de på synchrotronen, centrerar. Det är i detta sammanhang att vi har varit kompetent att samarbeta på flera projekterar i olika områden, bestämt i biologi3,4,5,6,7och i nanophotonics.8,9,10

Applikationexempel i microbiology: PHB-läge in i den Rhodobacter capsulatusen6

Den Rhodobacter capsulatusen är en purpurfärgad nonsulfur photosynthetic bakterie, som producerar en polymer, polyhydroxybutyrate (PHB), for dess energilagring under vesiclemedräknande formar. PHB hör hemma till en klassificera av polyester och har använts under flera år i produktionen av plast- som har liknande mekanisk och thermoplastic rekvisita till de av polyetylen och polypropylene men med fördelen av att vara kompetent att använda förnybara resurser. Närvaroen av PHB kan sonderas i detinfraröda området av närvaroen av specifika absorberingsmusikband, i synnerhet omkring 1740 cm-1 (C=Os av ester), lätt som är distinguishable från andra bakteriemusikband: Amide Mig på 1660 cm-1, Amide II på 1550 cm-1.

Det bästa avbildar Figurerar skärm in 2 som topografin av bakterier erhöll vid klassikern AFM. Bottnen avbildar show den motsvarande kemiska cartographyen av PHB (på 1740 cm-1). På alla kartlägger, oss har lokaliserat rundaområden var signalera är mer intensiv (röda områden). Dessa områden motsvarar till inre bakterier för PHB-partiklar (Figurera 2 D, e, f). På varje som är kemiskt, kartlägga, oss kan bedömningen storleksanpassa av partiklar, genom att beräkna bredden på den halva höjden. Figurera 2d avslöjer en stor rundapartikel av diametern för 210 nm och formar long en av endast stora 50 nm (överträffa av avbilda). Detta långt formar är mycket rimligt resultatet av lilla sfäriska PHB-vesicles ställde upp nästan membranet. Figurera shows 2e en bakterie utan PHB-vesiclen. Detta föreslår att det under dessa att växa villkorar, alla Rhodobacter capsulatusbakterier inte gör nödvändigtvis jordbruksprodukter PHB. Figurera 2f (zoom av Figure 2e) avslöjer att det absorbing området är i faktumet som komponeras av två närgränsande vesicles av olikt storleksanpassar.

Figurera 2a: AFM-topografi av en singelRhodobacter capsulatus.

Figurera 2b: AFM-topografi av två avskilda bakterier Rhodobacter.

Figurera 2c: AFM-zoom på den lägsta bakterien lokaliserad på b).

Figurera 2d: kemiskt kartlägga av PHB (på 1740 cm-1) av den motsvarande topogaphyen a).

Figurera 2e: kemiskt kartlägga av PHB av b).

Figurera 2f: kemiskt kartlägga av PHB av c).

Vi har utstuderat spektroskopisvaret av vesiclen (Figurera 2f) och jämfört det med FTIR-spectrumen av bakteriekulturen (Figurera 3). Spectrumen på en singelbakterie (i rött Figurera 3a), mättes, genom att placera spetsen av AFMEN direkt på maximat av signalera genom att använda kemiskt kartlägga av PHB (som pekat av Figure 3b). Vi observerar ett intensivt musikband av C=O av ester (som centreras på 1740 cm-1) eftersom Amiden som Jag sätter band på 1660, cm-1 verkar svagare och bullrigt som visar PHB-naturen av inneställe som kartlägger från, Figurerar 3b. Understödjaspectrumen antecknades, genom att placera spetsen på, pekar B (Figurera 3), på gränsa av absorberingsvesiclen. Spectrumen visar att ett bättre signalerar för Amiden Mig som är liknande till FTIR-spectrumen av bakteriekulturen (Figurera 3 i gräsplan). Styrkan av PHBEN har minskat isåfall jämfört till det föregående placerar, som är jämnt med kemiskt kartlägga för PHB. Figurera 3), ut ur vesiclen, AFM--IRspectrumen visar inte C=O-musikbandet, När spetsen placeras till C ((i violet Figurera 3).

Figurera 3a: Jämförelse mellan spectra för lokal (A i rött, B i apelsin, C i violet) AFM-IR och FTIR-spectrumen (i gräsplan) av bakteriekulturen.

Figurera 3b: kemiskt placerar kartlägga för bakterie av C=O av estermusikbandet med att motsvara (A, B, C) av spectramätningarna.

Dessa resultat är av utmosten intresserar, som AFM-IR är eninvasive teknik som kan appliceras direkt till studien av singelceller. Tack till denna teknik, nano-upplösning är nu uppnåeligt för att avbilda användande IR-utstrålning. Detta gör IR som avbildar möjlighet på det subcellular fjäll, ett genombrott, i IR-att kartlägga. Spectromicroscopy föreställer ett kraftigt bearbetar för att bestämma ultra-lokalen sammansättning i cellulo

Utsläppt i 2010, AFM-IR är nu tillgängligt, som en reklamfilmbenchtop instrumenterar: nanoIRen som framkallas och säljs av Anasys Instrumentera Inc.


Hänvisar till

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

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

[3] A.Dazzi, R.Prazeres, F.Glotin, J.M.Ortega, Infraröd Fysik och Teknologi, 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. Opt Mayet, A. Dazzi, R. Prazeres, F. Tilldela, F. Glotin, J.M. Ortega. Lett. 33,1611-1613 (2008).

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

[7] C. Policar, J.B. Waern, M.A. Plamont, S. Clède, C. Mayet, R. Prazeres, J. - M. Ortega, A. Vessières och A. Dazzi, den Angewandte Chemie LandskampUpplagan, Vol 50, Utfärdar 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 Varv Lett 99, 217404 (2007).

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

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

Last Update: 14. June 2013 07:23

Ask A Question

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

Leave your feedback
Submit