Forskare Hitta Tiny Biomolekyler för Imaging genom att kombinera Laser och atomkraftsmikroskopi

Published on November 11, 2010 at 4:06 AM

Forskarna kännetecknar deras nya teknik som en snygg lösning på "nål i en höstack" problem nanoskala mikroskopi, men det är mer som skillnaden mellan att hitta soffbord i ett mörklagt rum, antingen genom att vandra runt tills du faller över den, eller använda en ficklampa.

I ett nytt papper, en grupp från JILA-ett joint venture National Institute of Standards and Technology (NIST) och University of Colorado-fynd små församlingar av biomolekyler för efterföljande detaljerade bilder genom att kombinera precisionsoptik laser med atomkraftsmikroskopi.

"Laser targeting" på nanoskala mikroskopi: Till vänster, en typisk 900 kvadrat mikrometer visa, med hjälp av fokuserad laserstråle visar potentiellt intressanta lila membran plåster, som är märkt med torget. Höger topp, närmare optisk bild av plåster, botten, samma mål avbildade med AFM avslöjande topologiska detalj.

Den atomkraftsmikroskop (AFM) har blivit en av de standardverktyg av nanoteknik. Konceptet är bedrägligt enkla. En nål-inte olik en gammal grammofon penna, men mycket mindre med en spets som mest bara ett par av atomer breda rör sig över ytan av provet. En laser som liten omläggning i spetsen som den är skjutas eller dras med atomär skala krafter, såsom elektrostatiska krafter eller kemisk attraktion. Scanning spetsen fram och tillbaka över provet ger en tredimensionell bild av ytan. Upplösningen kan vara förvånande, i vissa fall visar enskilda atomer, en upplösning tusen gånger mindre än det bästa optiska mikroskop kan uppnå.

Sådana fantastiska känslighet medför ett tekniskt problem: Om din sond kan bilden ett föremål för, säg, 100 kvadratmeter nanometer, hur exakt du tycker att objektet om det kunde vara nästan var som helst på ett mikroskop scenen en miljon gånger den storleken? Det är inte ett ovanligt fall i biologiska tillämpningar. Den brute-force Svaret är, skanna du proben fram och tillbaka, sannolikt i en högre hastighet, tills den stöter på något intressant. Precis som soffbord i mörker, har detta problem. AFM spets är inte bara mycket känslig och lätt att skada, men den kan brytas ned genom att plocka upp oönskade atomer eller molekyler från ytan. Även inom biovetenskaperna, där AFM blir allt viktigare, forskning exemplar är oftast "mjuka" saker som proteiner eller membran som kan skadas av en okontrollerad kollision med spets. En lösning har varit att "etikett" målmolekylen med en liten fluorescerande förening eller quantum dot, så att den lyser upp och är lätt att hitta, men det betyder kemiskt förändra ämne, som kanske inte är önskvärt.

Istället valde JILA teamet att använda en ficklampa. Bygger på en tidigare innovation för att stabilisera positionen för en AFM spets, använder gruppen ett hårt fokuserad, låg effekt laserstråle att optiskt skanna området, identifiera målplatser för minut förändringar i spritt ljus. Denna laser skannas över provet och bildar en bild, analogt med att bilda ett AFM bild.

Samma laser-och upptäckt teknik-används för att lokalisera AFM spets. Därför fungerar lasern som en gemensam referensram och det är relativt enkelt att anpassa optiska och AFM bilden. I försök med fläckar av cellens membran från encelliga organismer, ** har gruppen visat att de kan hitta dessa proteinkomplex och anpassa AFM spets med en precision av ca 40 nanometer. Enbart förlita sig på spritt ljus, kräver sin teknik utan föregående kemisk märkning eller modifiering av målmolekyler.

"Du lösa ett par problem", säger NIST fysikern Thomas Perkins. "Du löser problemet med att hitta det objekt som du vill studera, vilket är en slags nål i en höstack problem. Du lösa problemet med att inte förorena ditt tips. Och löser man problemet att inte krascha ditt tips till vad du var letar efter. Detta förhindrar skada dina tips och för mjuka biologiska mål, inte att skada ditt prov. " Och, säger han, det är mycket mer effektiv. "Från ett praktiskt perspektiv, i stället för min grad eleven börjar göra verklig vetenskap vid 4 pm, kan hon börja göra vetenskap kl 10"

Källa: http://www.nist.gov/

Last Update: 3. October 2011 08:55

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