(PhysOrg.com) -- Wetenschappers van Berkeley Lab's Molecular Foundry hebben een op nanodraad gebaseerde beeldvormingstechniek ontwikkeld waarmee atoomkrachtmicroscopie kan worden gebruikt om biologische cellen en andere zachte materialen in hun natuurlijke, vloeibare omgeving zonder de monsters uit elkaar te scheuren of te vervormen. Dit zou wetenschappers de lang begeerde niet-destructieve manier kunnen bieden om zachte materie dynamisch te onderzoeken.

Atoomkrachtmicroscopie, een op tactiele gebaseerde sondetechniek, biedt een driedimensionaal beeld op nanoschaal van een materiaal door een naaldachtige arm over het oppervlak van het materiaal te laten glijden. De kern van het AFM-beeldvormingswerkpaard is een cantilever met een scherpe punt die afbuigt als hij golvingen over een oppervlak tegenkomt. Vanwege een minimale kracht die nodig is voor beeldvorming, conventionele AFM-uitkragingen kunnen levende cellen en andere biologische materialen vervormen of zelfs uit elkaar scheuren. Hoewel wetenschappers vooruitgang hebben geboekt bij het verminderen van deze minimale kracht door kleinere uitkragingen te maken, de kracht is nog te groot om cellen met een hoge resolutie af te beelden. Inderdaad, voor het afbeelden van objecten die kleiner zijn dan de diffractielimiet van licht, dat wil zeggen nanometer-afmetingen - deze benadering raakt een wegversperring omdat het instrument geen minieme krachten meer kan waarnemen.

Nutsvoorzieningen, echter, wetenschappers van de Molecular Foundry, een U.S. Department of Energy User Facility in Berkeley Lab, hebben uitkragingen van nanoformaat ontwikkeld waarvan de zachte aanraking kan helpen de werking van levende cellen en andere zachte materialen in hun natuurlijke, vloeibare omgeving. Gebruikt in combinatie met een revolutionair detectiemechanisme, dit nieuwe imaging-instrument is gevoelig genoeg om zachte materialen te onderzoeken zonder de beperkingen die aanwezig zijn in andere cantilevers.

“Of we nu biologische systemen of andere complexe systemen overwegen, zelfassemblerende nanostructuren, deze organisatie zal worden gedaan in een vloeistof, " zegt Paul Ashby, een wetenschapper van het Molecular Foundry-personeel die dit onderzoek leidde in de Foundry's Imaging and Manipulation of Nanostructures Facility. “Als we een onderzoekssonde hebben die uitblinkt in deze omgeving, we zouden individuele eiwitten kunnen afbeelden zoals ze op het celoppervlak functioneren.”

Zegt Babak Sanii, een postdoctoraal onderzoeker in de Gieterij, "Door de cantilever te verkleinen tot afmetingen op nanoschaal, wordt de kracht die het uitoefent drastisch verminderd, maar om de bewegingen van zo'n kleine cantilever te volgen, we hadden een nieuw detectiesysteem nodig.”

In plaats van de doorbuiging van de cantilever te meten door er een laser op te laten stuiteren, Ashby en Sanii plaatsen de nanodraad-cantilever in het brandpunt van een laserstraal en detecteren het resulterende lichtpatroon, het lokaliseren van de positie van de nanodraad met hoge resolutie. Het duo zegt dat dit werk een lanceerplatform biedt voor het bouwen van op nanodraad gebaseerde atoomkrachtmicroscopen die kunnen worden gebruikt om biologische cellen te bestuderen en cellulaire componenten zoals blaasjes of dubbellagen te modelleren. Vooral, Ashby en Sanii hopen meer te weten te komen over integrines, eiwitten gevonden op het oppervlak van cellen die adhesie mediëren en deel uitmaken van signaalroutes die zijn gekoppeld aan celgroei en -migratie.

"Geen enkele huidige techniek onderzoekt de assemblage en dynamiek van eiwitcomplexen in het celmembraan, ', voegt Ashby eraan toe. “Een dynamische sonde is de heilige graal van beeldvorming van zachte materie, en zou helpen bepalen hoe eiwitcomplexen associëren en dissociëren."

"Hoge gevoeligheid doorbuigingsdetectie van nanodraden, ” door Babak Sanii en Paul D. Ashby, verschijnt in Fysieke beoordelingsbrieven .