Forskare vid Beckman Institute for Advanced Science and Technology har utvecklat en ny metod för att förbättra detekteringsförmågan för nanoskala kemisk avbildning med hjälp av atomkraftmikroskopi. Dessa förbättringar minskar bullret som är associerat med mikroskopet, öka precisionen och omfattningen av prover som kan studeras.

Studien "Closed-Loop Atomic Force Microscopy-Infrared Spectroscopic Imaging for Nanoscale Molecular Characterization" publicerades i Naturkommunikation .

Atomkraftsmikroskopi används för att skanna materialytorna för att generera en bild av deras höjd men tekniken kan inte lätt identifiera den molekylära kompositionen. Forskare har tidigare utvecklat en kombination av AFM och infraröd spektroskopi som kallas AFM-IR. AFM-IR-mikroskopet använder en cantilever, som är en balk som är ansluten till ett stöd i ena änden och en skarp spets i den andra, för att mäta subtila rörelser av provet som introduceras genom att lysa en IR -laser. Absorptionen av ljus från provet får det att expandera och avböja fribärningen, genererar en IR -signal.

"Även om tekniken används i stor utsträckning, det finns en gräns för dess prestanda, "sa Rohit Bhargava, en grundare professor i teknik och chef för Cancer Center vid University of Illinois i Urbana-Champaign. "Problemet är att det fanns okända bullerkällor som begränsade datakvaliteten."

Forskarna skapade en teoretisk modell för att förstå hur instrumentet fungerar och därför identifiera bullerkällorna. Dessutom, de utvecklade ett nytt sätt att upptäcka IR -signalen med förbättrad precision.

"Cantilever -böjningen är mottaglig för buller som blir värre när avböjningen ökar, "sa Seth Kenkel, en doktorand i laboratoriet för kemisk bildbehandling och strukturer, som leds av Bhargava. "I stället för att upptäcka fribärning, vi använde en piezokomponent som ett steg för att bibehålla nollavböjning. Genom att applicera en spänning på piezomaterialet, vi kan bibehålla liten avböjning med lågt brus medan vi spelar in samma kemiska information som nu är kodad i piezospänningen. "

Istället för att flytta cantilever, forskarna använder piezokristallens rörelse för att spela in IR -signalen. "Det här är första gången någon har styrt ett piezo-manöverdon för att upptäcka signalen. Andra forskare kringgår utmaningar som buller genom att använda mer komplexa detektionssystem som inte tar itu med de underliggande problemen i samband med AFM-IR, "Sa Kenkel.

"Människor har bara kunnat använda denna teknik för att mäta prover som har en stark signal på grund av bullerproblemet, "Sa Bhargava." Med den förbättrade känsligheten, vi kan avbilda en mycket mindre volym prover, som cellmembran. "

Förutom att mäta fler olika prover, forskarna hoppas också kunna använda denna teknik för att mäta mindre provvolymer. "Vi kan använda denna teknik för att titta på komplexa blandningar som finns i små volymer, som ett enda lipid tvåskikt, "Sa Bhargava.

"Den nya tekniken som utvecklats av Bhargava -labbet är spännande. Vår grupp är intresserad av att använda denna teknik omedelbart för att lära sig om proteindeformation på komplexa ytor, "sa Catherine Murphy, chef för Institutionen för kemi och Larry Faulkner Endowed Chair in Chemistry.