AFM-IR : 与一个基本强制显微镜的红外亚细胞想象

亚历山大 Dazzi 博士

亚历山大 Dazzi, Université 巴黎 Sud, Laboratoire de Chimie Physique, Batiment 201-P2, 91405 Orsay,法国博士。 对应的作者: alexandre.dazzi@u-psud.fr

可用现有的工具执行红外分光学和显微学在毫微米缩放比例是有限的考虑所有不同的近域显微镜。 然而 AFM-IR,耦合一个基本强制显微镜的一新的红外 spectromicroscope (AFM) 对可调谐激光,允许研究员派生关于不以前可能的等级的化工信息。 吸收范围的分配是非模棱两可的允许 spectroscopists 一样容易地使用 AFM-IR 光谱象使用古典红外方法获得的那些。

AFM-IR 的原则1 是耦合 AFM 在与搏动的可调谐激光 (图 1) 的联系模式下。 范例在一面红外透明棱镜被安置然后照耀与激光。 当激光波长在这个范例的吸收带宽时调整,被吸收的激光在这个范例的引人入胜的地区导致 photothermal 温度上升。 温度增量由于红外线吸收,这个范例扩展。 局部热扩散监控与 AFM 的技巧。 范例的迅速热扩散生成驱动悬臂到动摆的强制冲动。 因此,每次光脉冲被吸收并且加热这个范例,悬臂摆动以其共鸣频率。 这个高度是正比例的对被吸收的这个能源2,因而导致容易地关联变大块红外线象 FTIR 的分光学技术的吸收光谱。 与 FTIR 比较, AFM-IR 技术的区分能化工识别在十倍范围等级的范例毫微米。

图 1 : AFMIR 技术概要

AFM-IR 技术用于我们的研究中心 (Laboratoire de Chimie Physique, Orsay,法国) 五年。 实验被设置了和在中心激光 d'Orsay 的 Infrarouge 的运行 (CLIO, http://clio.lcp.u-psud.fr/clio_eng/clio_eng.htm) 和现在提供一永久性 beamline。 CLIO 运行用一个相当异常的方式: 它允许我们为从其他研究小组的外部用户提供我们的系统。 这个来源的说明是自由电子激光器可调从 3 到 150 µm。 存取由节目委员会管理类似于那些在同步加速器中心。 是在此环境我们能合作在几个项目用不同的区,特别地在生物3,4,5,6,7和在 nanophotonics。8,9,10

应用程序实例在微生物学方面: PHB 地点到 Rhodobacter capsulatus 里6

Rhodobacter capsulatus 是紫色 nonsulfur 光合作用的细菌,生产一个聚合物, polyhydroxybutyrate (PHB),其能量储备的在泡包括形状下。 PHB 属于聚酯选件类和使用了几年在有的塑料的生产对那些的相似的机械和热塑性塑料的属性聚乙烯和聚丙烯,但是与好处的能使用更新资源。 PHB 出现在中间红外域可以被探查由特定吸收带宽,特别是大约 1740 cm (酯类 C=Os-1 出现),容易地可区分从其他细菌范围: 氨化物我 1660 的 cm-1,在 1550 cm 的氨化物 II-1

顶部图象在表 2 显示经典 AFM 得到的细菌地势。 底部图象显示 PHB 对应的化工绘图 (在 1740 cm-1)。 在所有映射,我们局限化围绕这个信号是更加强烈的区 (红色域)。 这些域对应于在细菌 (图第 2ef) 里面的 PHB 粒子。 在每化工映射,我们可以通过估计这个宽度估计粒子的范围在半高度。 图第 2 只显示一个大来回粒子 210 毫微米直径和长的形状一 50 毫微米大 (图象的顶层)。 此长的形状是很可能小的球状 PHB 泡的结果排队接近膜。 图 2e 显示细菌,不用 PHB 泡。 这建议在这些增长情况下,所有 Rhodobacter capsulatus 细菌不一定生产 PHB。 图 2f (缩放图 2e) 表示引人入胜的区实际上由不同的范围的二相邻泡组成。

图 2a : 一唯一 Rhodobacter capsulatus AFM 地势。

图 2b : 二分隔的细菌 Rhodobacter AFM 地势。

图 2c : 在 b) 局限化的最低的细菌的 AFM 缩放。

图第 2 : 化工映射 PHB (在 1740 cm-1) 对应的 topogaphy a)。

图 2e : 化工映射 b) PHB。

图 2f : 化工映射 c) PHB。

我们学习了泡 (图 2f) 的分光学回应并且它和细菌文化相比 (图 3) 的 FTIR 光谱。 在唯一细菌的光谱 (在红色图 3a) 通过确定 AFM 的技巧评定直接地在这个信号的最大数量使用化工映射 PHB (如指向的是由图 3b)。 观察酯类 C=O 一个强烈的范围 (被集中在 1740 cm)-1,而氨化物我在 1660 cm 的范围看上去-1 更弱和喧闹,展示热点的 PHB 本质映射从图 3b 的我们。 第二个光谱通过确定在点 B (在吸收泡的边界的图 3) 的技巧记录。 这个光谱显示氨化物的一个更好的信号我类似于细菌文化 (图 3 的 FTIR 光谱以绿色)。 PHB 的强度在该案件的减少了与早先位置比较,与 PHB 化工映射是一致的。 当这个技巧确定对 C (时在泡外面的图 3), AFM-IR 光谱不显示 C=O 范围 (在紫罗兰色表 3)。

图 3a : 在局部 (A 在红色, B 在桔子, C 在紫罗兰) AFM-IR 光谱和 FTIR 光谱的比较 (以绿色) 细菌文化之间。

图 3b : 细菌化工映射酯类范围 C=O 与对应的位置 (A, B 的, C) 光谱评定。

这些结果是最大利益,因为 AFM-IR 是可以适用直接地于单细胞的研究的一个非侵入性的技术。 幸亏此技术,纳诺解决方法为想象现在是可达到的使用红外线辐射。 这使红外线想象成为可能在这个亚细胞缩放比例,在红外线映射的突破。 Spectromicroscopy 表示一个强大的工具确定在 cellulo 的超局部构成

发行,在 2010年 AFM-IR 现在是可用的作为一台商业 benchtop 仪器: nanoIR,开发和出售 Anasys Instruments Inc。


参考

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[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 和 A. Lemaitree, Phys。 B 83, 035302 (2011)。

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

Last Update: 14. June 2013 09:07

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