"Laser Targeting" for nanoskala Mikroskopi:

Published on November 9, 2010 at 6:36 PM

Forskerne karakteriserer sin nye teknikk som en ryddig løsning på "nålen i høystakken" problem av nanoskala mikroskopi, men det er mer som forskjellen mellom å finne stuebordet i et mørkt rom, enten ved å gå rundt til du faller over det, eller bruke en lommelykt.

I en ny papir, * en gruppe fra JILA-en joint venture av National Institute of Standards and Technology (NIST) og University of Colorado-funn små forsamlinger av biomolekyler for senere detaljert avbildning ved å kombinere presisjon laser optikk med atomic force mikroskopi.

"Laser targeting" for nanoskala mikroskopi: På venstre, typisk 900 kvadrat mikrometer vise, ved hjelp av fokusert laserstråle, viser potensielt interessant lilla membran patch, som er merket med plassen. Høyre topp, nærmere optisk bilde av patch; bunnen, samme mål avbildes med AFM avslørende topologiske detalj. Credit: Churnside, CU

The atomic force mikroskop (AFM) har blitt en av de standard verktøy av nanoteknologi. Konseptet er utrolig enkelt. En nål, ikke ulikt en gammeldags grammofon stylus, men mye mindre med en spiss på de fleste bare et par atomer brede beveger seg over overflaten av prøven. En laser måler ørsmå blokkeringer av spissen som det trekkes eller skyves ved atomskala styrker, som for eksempel elektrostatiske krefter eller kjemiske attraksjon. Skanning spissen frem og tilbake over prøven gir et tredimensjonalt bilde av overflaten. Vedtaket kan være oppsiktsvekkende, i noen tilfeller viser individuelle atomer, en oppløsning tusen ganger mindre enn den beste optiske mikroskoper kan oppnå.

Slike utrolige følsomhet pådrar seg et teknisk problem: hvis din probe kan bildet et objekt av, si, 100 kvadrat nanometer, hvordan akkurat du finne at objektet hvis det kan være nesten hvor som helst på et mikroskop scenen en million ganger at størrelse? Det er ikke et uvanlig tilfelle i biologiske applikasjoner. Den brute-force svaret er, skanner du sonden frem og tilbake, trolig på et høyere hastighet, inntil den går inn i noe interessant. I likhet med salongbord i mørket, har dette problemer. Den AFM tips er ikke bare svært delikat og lett å skade, men det kan brytes ned ved å plukke opp uønsket atomer eller molekyler fra overflaten. Også i biovitenskap, der AFM blir stadig viktigere, forskning prøver vanligvis er "myke" ting som proteiner eller membraner som kan bli skadet av en ukontrollert kollisjon med spissen. En løsning har vært å "label" målet molekylet med en liten fluorescerende stoff eller quantum dot, slik at den lyser opp og er lett å finne, men det betyr kjemisk endring av faget, som kanskje ikke være ønskelig.

I stedet valgte de JILA teamet å bruke en lommelykt. Bygge på en tidligere innovasjon for å stabilisere stillingen som en AFM spissen, gruppen bruker en tett fokusert, laveffekts laserstråle til optisk skanner området, identifisere geografiske målområder for minutt endringer i spredt lys. Denne laseren er skannet over prøven for å danne et bilde, analogt til å danne en AFM bilde.

Det samme laser-og deteksjon teknikk-brukes til å lokalisere AFM spissen. Derfor serverer laser som en felles referanseramme og det er relativt enkelt å justere den optiske og AFM bildet. I forsøk med flekker av cellemembranen fra encellede organismer, ** gruppen har vist at de kan finne disse protein komplekser og justere AFM spissen med en nøyaktighet på rundt 40 nanometer. Stole utelukkende på spredte lyset, krever sin teknikk ingen tidligere kjemisk merking eller endring av målet molekyler.

"Du løse et par problemer," sier NIST fysikeren Thomas Perkins. "Du løse problemet med å finne objektet du ønsker å studere, som er liksom en nål i en høystakk problem. Du løser problemet med ikke forurensende dine tips. Og, løser du problemet med ikke å krasje tips til hva du var leter etter. Dette hindrer skade spissen, og for myke biologiske mål, ikke ødelegge din prøve. " Og, sier han, det er mye mer effektiv. "Fra et praktisk perspektiv, i stedet for min grad studenten begynner å gjøre virkelig vitenskap kl 16:00, kan hun begynne å gjøre vitenskapen kl 10 am"

* AB Churnside, GM King og TT Perkins. Label-free optisk avbildning av membran patcher for atomic force mikroskopi. Optics Express. Vol. 18, nr. 23. 8 november 2010.

** Teamet brukte "lilla membran", som er cellemembranen fra visse encellede organismer og inneholder bacteriorhodopsin, et protein som fanger lysenergi. Bacteriorhodopsin er innebygd i lilla membran og er et vanlig protein for forskningen innen biofagene.

Last Update: 6. October 2011 05:22

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit