원자 군대 현미경 검사법: PeakForce QNM를 사용하는 사는 생물학 견본의 양이 많은 화상 진찰

AZoNano의

목차

소개
AFM와 세포 기계공
견본 기계적 성질의 쉬운, 고해상도 정량화
생물학 견본에 AFM 신호의 직접 정량화
PeakForce QNM를 가진 화상 진찰 생물학 견본
즉시에 있는 감시 세포 역동성
입히는 AFM 및 광학적인 채널 통신로
결론
Bruker에 관하여

소개

생세포 전 비보의 기계적 성질을 결정하는 것이 추출된 유기체의 건강을 표시할 수 있다 는 유명한 사실입니다. 특히 군대 최빈값에서, AFM는 강력한 진단과 조사 가능한 공구입니다. 군대 분광학에는 더 적은 해결책과 같은 많은 불리 취득의 속도가 있고, 필요한 양이 많은 정보를 제공하지 않습니다. PeakForce QNM는 Bruker에 의해 현저한 사용 용이를 가진 고해상에 유익한 데이터를 제안하기 위하여 개발되었습니다.

AFM와 세포 기계공

그것의 발달부터, AFM는 가깝 생리적인 조건 하에서 세포의 관측을 허용하는 몇몇 현미경 검사법 기술의 한이다 는 사실과 TappingMode™와 군대 분광학의 출현을 가진 심상 최고 연약한 생물학 견본에 선택의 공구, 특히입니다. AFM는 자주 사용합니다 탄력 있는 행동 및 세포 이동 또는 부 상관하기 위하여. 대부분 이 연구 결과는 TappingMode, 단 하나 군대 곡선, 또는 군대 양 측정에 근거를 둡니다.

TappingMode는 사소한 명사류, 마찰 및 전단력 적용의 이점을 제안하고, 단계 화상 진찰은 표면에 각 꼭지 도중 끝과 견본 사이에서 낭비된 에너지를 반영합니다. 군대 양은 사용자가 정의한 점의 매트릭스에 달성된 군대 측정에 근거를 둔 또 다른 강력한 기술입니다. 끝과 견본 사이 뻣뻣함 그리고 접착은 각 군대 곡선에서 추출될 수 있습니다. 만일 끝이 관심사의 분자로 functionalized, 특정 방면 사건은 또한 수축력 곡선에 확인될 수 있습니다. 이 좁은 통로를 극복하기 위하여는, Bruker는 PeakForce QNM를 개발했습니다.

견본 기계적 성질의 쉬운, 고해상도 정량화

PeakForce QNM는 견본 손상 없이 생물학 견본에서 양이 많은 nanomechanical 정보의 직접 적출을 가능하게 합니다. 그것은 탐사기가 유사한 방법으로 전류를 고주파로 변환시키는 피크 군대 두드리는 기술에 근거하여 공명 주파수 (공구에 따라서 1개 2개 kHz) 훨씬 아래 TappingMode에 있는 때, 그러나에 가지고 있습니다. 끝 및 견본이 소집될 때마다, 군대 곡선은 붙잡습니다. 그러나, 되먹임 루프가 TappingMode에서 일정한 두드리는 진폭을 유지하는 곳에, 피크 군대 두드리는 통제 탐사기에 최대 피크 군대. 이 군대는 더 낮은 수준에 통제되 매우 접촉형 보다는 그리고 TappingMode 보다는 낮출 조차 수 있어 가장 민감한 생물학 견본 조차에 작동을 허용하.

숫자 1은 접근 끌어 넣 주기, 뿐 아니라 생성한 군대에서 구부리는 추출될 수 있는 모든 정보 도중 탐사기에 의해 경험된 다른 힘마당을 보여줍니다. 탐사기는 견본 (숫자 1a)에 접근할 때, 주로 모세관 인 인력에 의해 표면으로, 밴 der Waals와 정전기힘은 내렸습니다. 점 B에, 그 부정적인 군대는 변조의 Z 위치가 그것의 최대 (C) 점을 도달할 때까지 끝이 표면에 당기고 그 후에 견본으로 만입시기기 시작하는 원인이 되는 외팔보의 뻣뻣함 보다는 높이 됩니다. 이 위치는 피드백 제어를 위해 사용되는 최대 피크 군대 가치를 나타냅니다. 이 점 후에, 탐사기는 풀 떨어져 점 (또한 최소한도 군대에 대응하는) 최대 접착 점을 도달할 때까지 철수 시작합니다. 다음 끝은 끌어 넣는 계속되 그것의 원위치 (e)로 다시 도달합니다 (아) 더 이상 힘마당에서 것과 같이 그것의 움직임에 영향을 미치는.

숫자 1. PeakForce QNM의 작업 원리. 탐사기가 전류를 고주파로 변환시키는 동안, 군대 곡선은 심상의 각 화소를 위해 기록됩니다. 끝 탄도의 다른 부분 사이에서 구별하기 위하여는, 이 보기는 심상에 전형적으로 오히려 뻣뻣하고 부족하게 호환된 견본 이용되는 TAP150A 탐사기를 사용해서 기록되었습니다. 생물학 견본에, 전형적인 피크 군대는 천 시간까지 낮게 있을 수 있습니다.

이 기계공 모형은 접촉 원리가 헤르츠 모형에서와 동일에 남아 있다고 추정하고 그러나 추가 매력적인 상호 작용을 접촉 지역 (숫자 2a)의 이상으로 있는 체환 안쪽에 집중되 고려합니다. 를 고려하면 그 케이스에서는, 그리고 구체와 탄력 있는 반공간 사이 접촉, 군대는 개악과 관련있습니다:

E*가 감소된 Young 계수, R 끝 반경 및 d를 개악 깊이 나타내는 곳에.

결국, 끝에 의해 및 표면에 각 꼭지 도중 견본은 접근과 수축력 곡선 사이 지역을 통합해서 낭비된 에너지 장악됩니다.

생물학 견본에 AFM 신호의 직접 정량화

탐사기가 실험 이전에 측정될 경우, 위에서 언급된 모든 신호는 직접 양이 많을 것입니다. 이 구경측정은 다음과 같이 끝날 수 있습니다:

  1. 견본의 뻣뻣한 부분을 (유리 같이) 관여시키고 편향도 감도가 산출될 수 있는 군대 곡선을 기록하십시오.
  2. "열 곡을 사용하여" 일정한 봄을 철회하고 산출하십시오.
  3. 끝 반경 R.의 가치를 장악하기 위하여 Tipcheck 견본의 지세 심상을 기록하십시오.
  4. 추정된 R 가치를 입력한 후에, 개악은 선택의 견본에 조정됩니다. 검사될 견본에는 실험 도중 조사될 생물학 견본으로 유사한 기계적 성질이 있어야 합니다.

시험된 견본의 대부분에, Sneddon 적합은 주사선에 HSDC (고속 자료 수집) 파일을 붙잡아서 아주 고해상에 Young 계수를 추출하기 위하여 이용되었습니다. 군대와 고도 단면도가 비교될 때, 비 요구한 부속은 (군대 곡선은 관심사의 이지 않는 유리와 같은 견본의 부분에 붙잡았습니다) 수동으로 제외될 수 있습니다. 잔류 부대 곡선은 외부 프로그램에 의해 지점 가공된 단일 파일로 수출되골, 평균 Young 계수는 Sneddon 모형과 같은 다른 접촉 이론을 고려해서 산출될 수 있습니다.

이 기계적인 이론은 짐이 관통 거리의 사각에 비례적이다는 것을 결정하는 경직되어 있는 원뿔 indenter (숫자 2b)에 의해 모양없이 한 탄력 있는 반공간 사이 접촉을 고려합니다. 압흔 깊이 및 끝 반경은 관련됩니다:

AFM에 있는 숫자 2. 접촉 기계공. a에서는, DMT 적합은 헤르츠 가정에 근거를 두고 그러나 접착 군대가 접촉 지역 이상으로 집중된다는 것을 주장합니다. 이것은 고밀도 중합체 및 부족하게 deformable 견본에 잘 적응시킵니다. b에서는, Sneddon 적합은 연약한 (생물학) deformable 견본에 잘 적응시키는 무한한 원뿔 indenter로 끝을 고려합니다.

그 같은 견본에, AFM 탐사기의 광범위는 시험되고 권고는 숫자 3.에 나타납니다. 시장에 가장 연약한 존재 탐사기는 0.006 N/m의 명목상 봄 불변의 것이 있고 이렇게 최고 연약한 생세포를 조사하게 적합한 신경과 같은 OBL-B에는입니다.

피크에게 군대 두드리기를 위해 추천되는 각종 생물학 견본 및 대응 AFM 탐사기의 수락의 숫자 3. 범위. 그들의 모형에 따라서, 진핵 세포는 아주 다른 기계적 성질을 전시할 수 있습니다. 신경은 뼈 세포가 박테리아 처럼 강력할 수 있더라도 반면 극단적으로 연약할 수 있습니다 (아래로 1kPa에). 제대로 세포 속성을 시험하기 위하여, 일정한 적당한 봄을 선정해서 이렇게 감도는 필수 입니다.

PeakForce QNM를 가진 화상 진찰 생물학 견본

바다 생물학 견본은 연약한 경직되어 있는 분대의 혼합물로 수시로 구성됩니다. 아드리아해에게서 취한 근해의 견본은 유리 슬라이드에 있고 PeakForce QNM에 의해 조사되었습니다. 살아있는 규조류에 아주 관련된 관측 이외에, 몇몇 세포벽 나머지는 또한 현탁액에서 찾아냈습니다. 그 구조물이 보는 방법 숫자 4는 예를 듭니다. 3D 지세 단면도는 숨구멍을 가진 구조물 와플 같이 특성을 100 nm와 20 nm의 평균 고도 크기로 제시합니다. 접착 채널 통신로는 숨구멍 (평균에 있는 대략 50 pN)의 바닥과 세포벽의 나머지 사이 표시되어 있는 대조를 보여줍니다 (20 이하 pN). 그러나, 가장 유익한 채널 통신로는 신축성 및 개악 데이터입니다. 두 채널 통신로 전부에서 frustule의 3개 부분은 수훈이 있습니다, 명확하게 다른 기계적 성질을 전시하는 각각: 숨구멍 (~7 nm의 ~300 kPa 그리고 평균 개악의 평균 Young 계수)의 센터, 숨구멍의 주위에 반지 (~75 kPa와 ~25 nm)와 중간 기계적 성질을 비치하는 것을 보이는 세포벽의 코어 부속, (~200 kPa와 ~10 nm).

영화 영사기 촉매 AFM를 가진 식물 플랑크톤 세포벽의 숫자 4. 화상 진찰. 최고 좌: 규조류의 전자 현미경 검사법 심상, 데니스 Kunkel, Astrographics의 견본 의례. PeakForce QNM 채널 통신로의 대부분은 현저한 대조 및 고해상도 특징을 제공합니다.

추가 실험은 대장균 K12 박테리아에 실행되었습니다. 대장균 종의 대부분과는 다른, K12 긴장은 내장에서 곱할 수 있고 항체에 특히 저항합니다. 그들의 그밖 특성 중 하나는 전형적으로 소모 조건 또는 어떤 압박 환경든지의 밑에 끌어 넣으십시오 그(것)들이 pili를 소유하다 입니다 (숫자 5a를 보십시오). 지금까지는, 화상 진찰은 AFM 가, 어떤 최빈값든지에서 살아 있는 그 박테리아, 상당한 도전 및 계속 역사적으로 도비적인 결과입니다.

숫자 5는 1 이하 시간에서 쉽게 장악된 그 같은 살아있는 박테리아의 고해상도 심상을, 보여줍니다. 고도 채널 통신로 (숫자 5b)의 3D 대표에 보일 수 있다시피, 그들의 현탁액 매체에서 추출하고 접시에 그(것)들을 퍼져서 그들에게 pili가 끌어 넣는 원인이 되는 긴장을 유도하다 는 사실에 의해 설명될 수 있는 pili는 더 이상 눈에 보입니다 없습니다. 숫자 5c는 DMT 계수 채널 통신로를 보여줍니다. Sneddon 적합을 사용해서, 평균 Young 계수는 완벽하게 이전 관측과 일치하는 183 kPa이기 위하여 결정되었습니다.

PeakForce QNM의 imaged 영화 영사기 촉매 AFM에 숫자 5. 대장균 K12 박테리아. a에서는, 긴장의 구조물은 당겨집니다. b에서는, 박테리아의 다발의 AFM 10x10μm 3D 고도 대표는 보입니다. c에서는, Young 계수 채널 통신로 (z 가늠자: 0-4GPa는) 묘사됩니다. 이것은 첫번째로 그 같은 박테리아가 계속 AFM에 의해 imaged 살아 있다입니다.

즉시에 있는 감시 세포 역동성

모든 생세포는 동 적이고, 그들의 세포 뼈대 비계의 재배열 때문에 변형 세포 배양 기질에 퍼지고는 이동입니다. 그(것)들을 동반하는 기계적인 변경 PeakForce QNM를 사용하여 및 이 프로세스 은 감시될 수 있습니다. 실험의 다른 세트에서는, PeakForce QNM는 glioblastoma 세포를 조사하기 위하여 이용되었습니다. Glioblastoma는 훨씬 뇌암의 일반 및 악성 양식입니다. 살아있는 glioblastoma 세포는 영화 영사기 촉매에 PeakForce QNM 및 계속 PSI의 사용에 의하여 실험의 시간 동안 유지한 살아 있는에 의하여 imaged 입니다. 이 기술은 사용자가 필요로 한 정보에 따라서 견본에 온건한 군대에 아주 온화한 것, 적용하는 것을 허용합니다. 견본에 아주 가벼운 군대를, 세포 (glycocalyx 적용할 때, 돌출)의 최상 특징은 시험될 수 있습니다. 다른 한편으로는, 경미하게 더 높은 군대는 원형질막 밑에 있는 세포기관 및 세포 뼈대를 느낄 것을 요구됩니다. 견본의 실제적인 기계적 성질을 시험하는 것은 또한 적어도 백 nm로 견본의 압흔을 (이렇게 외팔보에서 구부리거든) 요구합니다. 전형적인 고해상도 심상이 온건한 군대 (~300 pN)를 적용하고 있는 동안 살아있는 glioblastoma에 장악한 6a 쇼 계산하십시오.

PeakForce QNM와 영화 영사기 촉매 AFM의 살아있는 glioblastoma 세포의 숫자 6. 심상. a에서는, 온건한 군대에 기록된 40x40μm 고도 심상은 최상기도 하고 내부 구조를 보여줍니다. b에서는, 15x15μm 지세와 개악 채널 통신로의 3D 오바레이는 보입니다. 단계 부화기를 쏟아 붓기를 가진 Bruker의 영화 영사기 촉매는 장기 실험을 위한 생세포 화상 진찰의 최고 균형을 제안합니다.

Keratinocytes는 인간적인 피부의 가장 뒤쪽 층의 중요한 분대입니다. 그 같은 세포를 AFM 도움 연구원 에의한 공부해서 피부암 그밖 손상의 프로세스를 이해하십시오.

HaCat는 세포학에서 넓게 조사되고 또한 PeakForce QNM의 잠재력을 탐구하기 위하여 좋은 후보자를 나타내는 인간적인 keratinocytes의 불사하는 세포 선입니다. 세포는 긴장 유도 가능했던 산화 에이전트에 드러냈습니다. 이 화학 침략에 응하여, 세포는 소위 악틴 긴장 섬유를 변형시키고 종합해 경향이 있습니다. 전형적인 중간 해결책 심상은 숫자 7.에서 보입니다.

숫자 7. 산화 긴장의 밑에 HaCat 사는 세포의 75x75μm 영화 영사기 촉매와 PeakForce QNM 심상. 세포는 급속하게 긴장 인접한 세포와의 접촉을 설치하기 위하여 소를 종합해서 반작용합니다. 그 같은 동적 과정은 또한 이 기술을 사용해서 추적되을 수 있습니다.

PeakForce QNM에서는, 군대 곡선은 심상의 각 화소를 위해 합니다, 따라서 해결책은 모든 채널 통신로에서 같 있습니다. 이 보기는 얼마나 쉬운 설명하고 직접에 그것 (384x384 화소 해결책 심상은 6 9 분에서 붙잡을 수 있습니다) 입니다 단식하고 양이 많은 방법에서 탐사기는 약 처리에 응하여 생세포의 지세 그리고 기계적 성질에서 변경합니다.

입히기 AFM 및 광학적인 채널 통신로

생물학 응용을 위한 현재 중요한 도전의 또 다른 한개는 동시에 광학 적이고와 AFM 정보에 얻을 수 있을 것입니다입니다. Bruker의 독점적인 현미경 심상 등록과 오바레이 (MIRO™) 특징은 쉽게 광학/형광 심상을 NanoScope® 소프트웨어로 가져오고 AFM 심상에 투영하기 위하여 이용될 수 있습니다. 짧은 구경측정 후에, 사용자는 AFM를 검사하 위치를 선정할 수 있습니다. 따라서 견본은 요구된 위치로 자동적으로 AFM 심상은 화소에 의하여, 광학적인 심상으로 완전히 통합해 붙잡은 화소이골.

숫자 8은 사는 내피 성장 세포에 달성된 오바레이를 보여줍니다. 형광 심상은 배경으로 (악틴 필라멘트를 위한 핵 그리고 á-phalloidin를 위한 DAPI를 두 배 얼룩이 지기) 놓이고 2개의 채널 통신로의 혼합의 한 AFM 심상으로 부분적으로 덮여: 피크 군대 과실 및 Young 계수. 투명도는 50%에 직접적인 관련이 (AFM 지세와 형광에 의하여 눈에 보이는) 세포의 다른 부분과 그들의 대응 기계적 성질 (Young 계수 AFM 채널 통신로) 사이에서 할 수 있다 그래야 놓였습니다. b에서는, c 및 d 개별적인 피크 군대 과실, Young 계수 및 개악 AFM 심상은 나타납니다. 신축성에서 명확하게 보일 수 있고 세포의 코어 부속에, 평균 Young 계수가 매우 믿을 수 있더라도 반면 간격이 너무 낮은 세포의 가장자리에, 견본의 기계적 성질에 비계 (유리)의 영향 비 사소한 개악 채널 통신로, (45.3 kPa). 명확성의 사정을 위해, 단지 3개의 AFM 채널 통신로만 여기에서 보입니다, 그러나 8개의 다른 신호는 동시에 디스플레이될 수 있습니다.

형광의 숫자 8. 오바레이와 영화 영사기 촉매에 MIRO로 만드는 사는 HUVEC 세포의 AFM 심상. MIRO의 주요 이득은 광학 적이고와 AFM 정보의 전시를 동시에 가능하게 하기 위한 것입니다. functionalized 탐사기로 작전할 때, "점 & 싹" 선택권은 또한 정확하게 ligand 분실 없이 요구한 위치에 군대 측정을 시작하기 위하여 이용될 수 있습니다.

결론

상기 보인 응용은 첨단 군대 두드리는 것이 훨씬 가장 강력하취득을 가진 사는 생물학 견본의 양이 많은 화학제품 그리고 기계적 성질을 시험하는 양이 많은 고해상도 AFM 기술 유효한 오늘이 TappingMode에 대등한 속력을 낸다는 것을 설명합니다. 성격을 나타낼 수 있는 다른 기계적 성질의 수는 그밖 통용되는 AFM 최빈값의 그것을 초과합니다. 그것의 잠재력은 암 연구와 심장 혈관 질병에서 생물학의 필드에 있는 많은 흥분 새로운 응용 프로그램을 위한 도로를, 특히 포장합니다.

Bruker에 관하여

Bruker Nano 표면은 그들의 강력한 디자인 및 사용 용이를 위한 그밖 상업적으로 이용 가능한 시스템에서 우수한 원자 군대 현미경/스캐닝 탐사기 현미경 (AFM/SPM) 제품을 제공합니다, 하는 동안 고해상 유지. 우리의 계기 전부의 일부분인, NANOS 측정 헤드는 표준 연구 현미경 목적 보다는 아니 더 크다 준비 콤팩트를 이렇게 만드는 공가 편향도 측정을 위한 유일한 광파이버 간섭계를 채택합니다.

이 정보는 Bruker 계속 Nano 표면에 의해 제공된 물자에서 sourced, 검토해서 그리고 적응시켜 입니다.

이 근원에 추가 정보를 위해, Bruker Nano 표면을 방문하십시오.

Date Added: Jun 19, 2012 | Updated: Jan 23, 2014

Last Update: 23. January 2014 11:17

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