(Phys.org) -- Door optische en atoomkrachtmicroscooptechnologieën te combineren, Onderzoekers van de Iowa State University en Ames Laboratory hebben een manier gevonden om 3D-metingen van afzonderlijke biologische moleculen uit te voeren met ongekende nauwkeurigheid en precisie.

Met bestaande technologieën kunnen onderzoekers afzonderlijke moleculen op de x- en y-assen van een 2D-vlak meten. Met de nieuwe technologie kunnen onderzoekers hoogtemetingen (de z-as) uitvoeren tot op de nanometer – slechts een miljardste van een meter – zonder aangepaste optica of speciale oppervlakken voor de monsters.

“Dit is een volledig nieuw type meting waarmee de z-positie van moleculen kan worden bepaald, zei Sanjeevi Sivasankar, een assistent-professor natuurkunde en astronomie in Iowa State en een medewerker van het Ames Laboratory van het Amerikaanse ministerie van Energie.

Details van de technologie zijn onlangs gepubliceerd door het tijdschrift Nano-letters . Co-auteurs van de studie zijn Sivasankar; Hui Li, een postdoctoraal onderzoeksmedewerker in de staat Iowa in natuurkunde en astronomie en een medewerker van het Ames Laboratory; en Chi-Fu Yen, een doctoraalstudent in elektrotechniek en computertechnologie in Iowa State en een studentmedewerker van het Ames Laboratory.

Het onderzoeksprogramma van Sivasankar heeft twee doelstellingen:leren hoe biologische cellen aan elkaar hechten en nieuwe instrumenten ontwikkelen om die cellen te bestuderen.

Daarom is de nieuwe microscooptechnologie - staande golf axiale nanometrie (SWAN) genaamd - ontwikkeld in het laboratorium van Sivasankar.

Zo werkt de technologie:onderzoekers bevestigen een commerciële atoomkrachtmicroscoop aan een fluorescentiemicroscoop met één molecuul. De punt van de atoomkrachtmicroscoop wordt boven een gefocusseerde laserstraal geplaatst, het creëren van een staand golfpatroon. Een molecuul dat is behandeld om licht uit te zenden, wordt in de staande golf geplaatst. Terwijl de punt van de atoomkrachtmicroscoop op en neer beweegt, de fluorescentie die door het molecuul wordt uitgezonden, fluctueert op een manier die overeenkomt met de afstand tot het oppervlak. Die afstand kan worden vergeleken met een markering op het oppervlak en gemeten.

“We kunnen de hoogte van het molecuul detecteren met nanometernauwkeurigheid en precisie, ' zei Sivasankar.

Het artikel meldt dat metingen van de hoogte van een molecuul tot op minder dan een nanometer nauwkeurig zijn. Het meldt ook dat metingen steeds opnieuw kunnen worden uitgevoerd tot een nauwkeurigheid van 3,7 nanometer.

Het onderzoeksteam van Sivasankar gebruikte fluorescerende nanobolletjes en enkele DNA-strengen om te kalibreren, testen en bewijzen hun nieuwe instrument.

Gebruikers die van de technologie kunnen profiteren, zijn onder meer medische onderzoekers die gegevens met een hoge resolutie van microscopen nodig hebben. Sivasankar denkt dat de technologie commercieel potentieel heeft en is ervan overtuigd dat het zijn eigen werk in de biofysica van enkelvoudige moleculen zal bevorderen.

"We hopen deze technologie te gebruiken om dat onderzoek vooruit te helpen, ' zei hij. “En door dat te doen, we blijven nieuwe technologieën uitvinden.”