• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  • JILAS kort, flexibel, återanvändbar AFM-sond

    JILAs modifierade AFM-sonder som mäter DNA-molekyler. Den äldre moden (lång fribärande, höger) eliminerade den vanliga guldbeläggningen för att förbättra långsiktig stabilitet. Den senaste versionen (vänster) behåller guldbeläggningen där det behövs för att reflektera ljus men bibehåller utmärkt stabilitet. Forskare tog också bort en stor sektion för att minska styvhet och friktion nära ytor. Den nya sonden ger exakta resultat mycket snabbare än tidigare, samtidigt som det minskar "brus" (färgade krumlor). Kredit:Baxley/JILA

    (Phys.org) —JILA-forskare har konstruerat en kort, flexibel, återanvändbar sond för atomkraftmikroskopet (AFM) som möjliggör toppmodern precision och stabilitet i picoscale kraftmätningar. Kortare, mjukare och smidigare än vanliga och nyligen förbättrade AFM-sonder, JILA-tipsen kommer att gynna nanoteknologi och studier av vikning och stretching i biomolekyler som proteiner och DNA.

    En AFM-sond är en cantilever, formad som en liten hoppbräda med en liten, atomär skala punkt på den fria änden. För att mäta krafter i molekylär skala i en vätska, sonden fäster sin spets vid en molekyl såsom ett protein och drar; den resulterande avböjningen av konsolen mäts. Krafterna är i piconewtons rike, eller biljondelar av en newton. En newton är ungefär vikten av ett litet äpple.

    Den nya sonddesignen, beskrivs i ACS Nano, är JILA forskargruppens tredje senaste framsteg inom AFM-teknik. JILA drivs gemensamt av National Institute of Standards and Technology (NIST) och University of Colorado Boulder.

    Gruppen förbättrade tidigare AFM-positionsstabiliteten genom att använda laserstrålar för att känna av rörelse och ta bort guldbeläggningen från långa sondspetsar, eller konsoler, för att förbättra den långsiktiga kraftstabiliteten. Dock, att ta bort guldet minskar styrkan på signalen som mäts, och användning av långa konsoler leder till andra mätproblem som långsammare svar på dynamiska händelser som proteinutveckling.

    Den senaste modifieringen övervinner dessa och andra problem, förbättra precisionen utan att förlora stabilitet, fart, eller känslighet. JILA-forskare använde en fokuserad jonstråle för att skära ett hål i mitten av en kort kommersiell konsol och tunnade ut de återstående stödstrukturerna, därigenom minskar konsolens styvhet och friktion nära ytor. Resultatet är utmärkt långsiktig stabilitet och förbättrad kortsiktig precision, respektive, i AFM kraftmätningar.

    JILA-forskare lade också till en skyddande glaskåpa över guldbeläggningen i änden av konsolen för att bibehålla fördelaktig reflektivitet, och tog sedan bort det återstående guldet för att få kraftstabilitet. Den modifierade konsolen möjliggör snabba, exakta och stabila kraftmätningar över ett brett spektrum av driftfrekvenser.

    "Tidigare, vi var tvungna att snitta den Brownska (slumpmässiga) rörelsen för vår favoritkonsol i cirka 60 millisekunder för att få en mätning som hade en precision på 1 piconewton, " JILA/NIST biofysiker Tom Perkins säger. "Nu, vi kan få samma precision på 1 millisekund eller så."

    JILA-forskare visade betydande fördelar för studier av enstaka molekyler. Till exempel, den korta, mjuka konsoler kan snabbt mäta plötsliga förändringar i kraft när ett protein vecklas ut. Proteinveckning krävs för korrekt biologisk funktion och felveckning kan leda till sjukdomar som Alzheimers. De nya konsolerna matchar responsen av styvare, omodifierade konsoler men med större stabilitet och precision. Kraftstabilitet är avgörande i denna applikation eftersom proteinvecknings- och utveckningshastigheter är exponentiellt känsliga för små förändringar (mindre än 1 piconewton) i applicerad belastning. Den nya enheten kan också spåra flyktiga händelser i nanoskala, inklusive proteinveckning, över hundratals sekunder – mycket längre perioder än vad som tidigare varit möjligt. Den nya designen bör också vara tillämpbar för snabb sondering av de mekaniska egenskaperna hos material på nanoskala.

    Betydligt nog, de nya konsolerna är tillräckligt robusta för att kunna återanvändas i flera dagar. Dessutom, JILA-forskare säger att den nya designen är enkel och billig att göra, och sålunda, lämplig för rutinbruk.

    "Otroligt, detta projekt leddes av en begåvad grundutbildning. Vi hoppas att andra grupper med liknande begåvade studenter kommer att anta dessa konsoler. Det är vi verkligen, " sa Perkins.


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com