Исследователи из Института передовых наук и технологий им. Бекмана разработали новый метод для улучшения способности обнаружения наноразмерных химических изображений с помощью атомно-силовой микроскопии. Эти улучшения уменьшают шум, связанный с микроскопом, увеличивая точность и диапазон образцов, которые могут быть изучены, — пишет eurekalert.org со ссылкой на Nature Communications.
Атомно-силовая микроскопия используется для сканирования поверхностей материалов, чтобы получить изображение их высоты, но метод не может легко определить молекулярный состав. Исследователи ранее разработали комбинацию АСМ и инфракрасной спектроскопии, которая называется АСМ-ИК. В микроскопе AFM-IR используется кантилевер, представляющий собой луч, который соединен с опорой на одном конце и острым наконечником на другом, для измерения тонких движений образца, введенного при освещении ИК-лазером. Поглощение света образцом заставляет его расширяться и отклонять кантилевер, генерируя ИК-сигнал.
«Несмотря на то, что метод широко используется, его эффективность ограничена, — сказал Рохит Бхаргава, профессор, директор Онкологического центра в Университете Иллинойса в Урбана-Шампейн. — Проблема в том, что были неизвестные источники шума, которые ограничивали качество данных».
Исследователи создали теоретическую модель, чтобы понять, как работает прибор, и, следовательно, определить источники шума. Кроме того, они разработали новый способ обнаружения ИК-сигнала с повышенной точностью.
«Отклонение кантилевера подвержено шуму, который усиливается с увеличением отклонения», — сказал Сет Кенкель — аспирант Лаборатории химической визуализации и структур, которой руководит Бхаргава. Вместо определения отклонения кантилевера мы использовали пьезоэлемент в качестве ступени для поддержания нулевого отклонения. Подавая напряжение на пьезоэлектрический материал, мы можем поддерживать небольшое отклонение с низким уровнем шума при записи той же химической информации, которая теперь кодируется в пьезоэлементе».
Вместо перемещения кантилевера исследователи используют движение пьезокристалла для записи ИК-сигнала. «Это первый случай, когда кто-либо управляет пьезоприводом для обнаружения сигнала. Другие исследователи работают с такими проблемами, как шум, используя более сложные системы обнаружения, которые не решают основные проблемы, связанные с AFM-IR», — сказал Кенкель.
«Люди смогли использовать эту технику только для измерения образцов, которые имеют сильный сигнал из-за проблемы шума, — сказал Бхаргава. — Благодаря улучшенной чувствительности мы можем получать изображения гораздо меньшего объема — например, клеточных мембран».
В дополнение к измерению более разнообразных образцов, исследователи также надеются использовать этот метод для измерения меньших объемов образцов. «Мы могли бы использовать эту технику, чтобы посмотреть на сложные смеси, которые присутствуют в небольших объемах, например, на один липидный бислой», — сказал Бхаргава.
«Новая методика, разработанная лабораторией Бхаргава, впечатляет. Наша группа заинтересована в том, чтобы немедленно использовать эту технику, чтобы узнать о деформации белка на сложных поверхностях», — сказала Кэтрин Мерфи — глава химического факультета и кафедры химии им. Ларри Фолкнера.
Иллюстрация к статье:
Обсуждение