(a) Raster -skanning:Spårskanning (röd linje) och återspårning (blå linje) av provsteget, b) riktningar för spetsskanning i förhållande till provet i spårnings- och spårningsskanningsprocesser, (c) skillnad i feedbackkontrollfel mellan spårnings- och spårningsskanningsprocesser. Felbilder av aktinfilamentet orienterade nästan längs Y-axeln (upptill) och felprofilen (nedtill), (d, e) skillnad i riktningarna för vridmoment som produceras av laterala och vertikala krafter som utövas på fribäraren från provet under spårning (d) och spårning (e) avsökningsprocesser, (f, g) HS-AFM-bilder av aktinfilament som tagits med 10 bps i OTI (f) och ORI (g) lägen. I ORI -läget, aktinfilament bröts snabbt. Upphovsman:Kanazawa University
High-speed atomic force microscopy (HS-AFM) är en bildteknik som kan användas för att visualisera biologiska processer, till exempel proteinets aktivitet. Nu för tiden, typiska HS-AFM-bildhastigheter är så höga som 12 bilder per sekund. För att förbättra metodens möjligheter, så att den kan appliceras på ett ständigt växande utbud av biologiska prover, bättre videoräntor behövs, fastän. Dessutom, snabbare inspelningstider innebär mindre interaktion mellan provet och sonden - ett tips som skannar provets yta - vilket gör bildproceduren mindre invasiv. Nu, Shingo Fukuda och Toshio Ando från Nano Life Science Institute (WPI-NanoLSI), Kanazawa University har utvecklat ett alternativt HS-AFM-tillvägagångssätt för att öka bildhastigheten med upp till 30 bilder per sekund.
En AFM -bild genereras genom att en spets i sidled flyttas runt strax ovanför ett provets yta. Under denna xy-scanning-rörelse, spetsens position i riktningen vinkelrätt mot xy-planet (z-koordinaten) följer provets höjdprofil. Variationen av spetsens z-koordinat ger sedan en höjdkarta-bilden av provet.
Fukuda och Ando arbetade med HS-AFM i det så kallade amplitudmoduleringsläget. Spetsen får sedan att svänga med en inställd amplitud. När du skannar en yta, oscillationsamplituden kommer att förändras på grund av höjdvariationer i provets struktur. För att komma tillbaka till den ursprungliga amplituden, en korrigering av spets-provavståndet måste göras. Hur stor korrigeringen behöver vara är relaterad till provets ytopologi, och dikteras av det så kallade feedback-kontrollfelet i installationen. Forskarna noterade att feedbackkontrollfelet är annorlunda när spetsen rör sig i motsatta riktningar, kallas spårning och spårning. Denna skillnad beror i slutändan på de olika fysiska krafterna vid spel när spetsen "dras" (spåras) och när den "skjuts" (spåras).
(a) Under retrace -skanning, en DC -offset -signal ( A os <0) läggs till amplitudsignalen ( A ). Återkopplingskontrollen fungerar som om sonden var i stark kontakt med provet, och därmed flyttas provsteget bort från spetsen. (b) Drivsignal för X-skanner i OTI-läge (överst), DC -offset -signal läggs till sann amplitud -signal (mitten), och Z-skanners förskjutning (botten). Upphovsman:Kanazawa University
Baserat på deras insikter i spårnings- och spårningsprocessernas fysik, Fukuda och Ando utvecklade en bildbehandling som kringgår spårning. Detta måste sedan redovisas ordentligt i den styrande algoritmen. Forskarna testade sitt enda spårbildande läge på aktinfilamentprover. (Actin är ett protein som är mycket vanligt i celler.) Bilden var inte bara snabbare, men också mindre invasiv - filamenten gick sönder mycket mindre ofta. De registrerade också polymerisationsprocesser (genom protein-protein-interaktioner); på nytt, metoden visade sig vara snabbare och mindre störande jämfört med standard AFM-spårningsspårningsoperation.
Forskarna är övertygade om att deras "enkla och mycket effektiva metod snart kommer att installeras i befintliga och kommande HS-AFM-system, och kommer att förbättra ett brett spektrum av HS-AFM-avbildningsstudier inom biofysik och andra områden. "
