Genom att placera en nanotrådsfäste i fokus för en laserstråle och detektera det resulterande ljusmönstret, forskare vid Molecular Foundry tror att atomkraftmikroskopi kan användas för att icke-destruktivt avbilda ytan på en biologisk cell (grönblå struktur) och dess proteiner (visas i brunt). (Illustration av Flavio Robles, Berkeley Lab Public Affairs)
(PhysOrg.com)-Forskare med Berkeley Labs Molecular Foundry har utvecklat en nanotrådbaserad bildteknik genom vilken atomkraftmikroskopi kan användas för att studera biologiska celler och andra mjuka material i deras naturliga, flytande miljö utan att riva isär eller deformera proverna. Detta kan ge forskare de länge eftertraktade icke-destruktiva medlen för dynamisk undersökning av mjuk materia.
Atomkraftsmikroskopi, en taktilbaserad sondteknik, ger en tredimensionell nanoskala av ett material genom att glida en nålliknande arm över materialets yta. Kärnan i AFM -bildhäst är en fribärare med en skarp spets som avböjer när den stöter på vågor över en yta. På grund av den minsta kraft som krävs för bildbehandling, konventionella AFM -fribärare kan deformera eller till och med riva isär levande celler och andra biologiska material. Medan forskare har tagit steg för att minska denna minsta kraft genom att göra mindre fribärare, kraften är fortfarande för stor för bildceller med hög upplösning. Verkligen, för avbildning av objekt som är mindre än diffraktionsgränsen för ljus - det vill säga nanometer dimensioner - detta tillvägagångssätt träffar en vägspärr eftersom instrumentet inte längre kan känna minutkrafter.
Nu, dock, forskare med Molecular Foundry, en amerikansk avdelning för energianvändaranläggning på Berkeley Lab, har utvecklat nanostorlekar, vars mjuka beröring kan hjälpa till att urskilja hur levande celler och andra mjuka material fungerar i deras naturliga, flytande miljö. Används i kombination med en revolutionerande detektionsmekanism, detta nya bildverktyg är tillräckligt känsligt för att undersöka mjuka material utan de begränsningar som finns i andra cantilevers.
”Oavsett om vi överväger biologiska system eller andra komplexa, självmonterande nanostrukturer, denna organisation kommer att ske i en vätska, Säger Paul Ashby, en forskare från Molecular Foundry som ledde denna forskning inom Foundry’s Imaging and Manipulation of Nanostructures Facility. ”Om vi har en undersökande sond som utmärker sig i denna miljö, vi kunde avbilda enskilda proteiner när de fungerar på cellytan. ”
Säger Babak Sanii, en postdoktoral forskare i gjuteriet, ”Att krympa fribäraren till nanoskala dimensioner minskar kraften den tillämpar dramatiskt, men för att övervaka rörelserna hos en så liten fribärande, vi behövde ett nytt detekteringsschema. ”
I stället för att mäta fribärets nedböjning genom att studsa av en laser, Ashby och Sanii placerar nanotrådsfästen i fokus för en laserstråle och upptäcker det resulterande ljusmönstret, fastställa nanotrådens position med hög upplösning. Duon säger att detta arbete ger en startskiva för att bygga ett nanotrådbaserat atomkraftsmikroskop som kan användas för att studera biologiska celler och modellera cellulära komponenter som vesiklar eller dubbelskikt. Särskilt, Ashby och Sanii hoppas kunna lära sig mer om integriner, proteiner som finns på ytan av celler som medierar vidhäftning och är en del av signalvägar kopplade till celltillväxt och migration.
"Ingen nuvarande teknik undersöker montering och dynamik av proteinkomplex i cellmembranet, ”Tillägger Ashby. "En dynamisk sond är den heliga graal av mjuk materia, och skulle hjälpa till att avgöra hur proteinkomplex associerar och tar isär. ”
”Högkänslig avböjningsdetektering av nanotrådar, ”Av Babak Sanii och Paul D. Ashby, visas i Fysiska granskningsbrev .
