Ikke så dyrebart:Fjernelse af guld fra AFM-sonder giver bedre måling af picoskalakræfter

(Phys.org) -- Guld er ikke nødvendigvis værdifuldt - i det mindste ikke som en belægning på atomkraftmikroskopsonder (AFM).

JILA-forskere fandt ud af, at fjernelse af en AFM-sondes guldbelægning - indtil nu anset for nyttig - forbedrede kraftmålinger udført i en væske betydeligt, mediet, der foretrækkes til biofysiske undersøgelser, såsom at strække DNA eller udfolde proteiner. Som beskrevet i Nano Letters, * fjerne guldet fra den dykkerbrætformede sonde, eller cantilever, med et kort kemisk bad forbedrede præcisionen og stabiliteten af ​​kraftmålinger omkring 10 gange. Fremgangen forventes hurtigt og bredt at gavne områderne biofysik og nanovidenskab.

JILA er et fælles institut for National Institute of Standards and Technology (NIST) og University of Colorado Boulder.

"Det, jeg finder interessant ved dette eksperiment, er, at det er så utroligt simpelt. Det tager et minut at fjerne guldet fra en kommerciel cantilever, og du får en 10-dobbelt forbedring i kraftpræcision, " siger NIST/JILA-fysiker Thomas Perkins.

For at måle kræfter på molekylær skala, en AFM's cantilever fæstner til et molekyle med dets spidse ende og trækker; den resulterende udbøjning af cantileveren måles. Kræfterne er i området for piconewtons (pN), eller trillioner af en newton. En kraftenhed, en newton er nogenlunde vægten af ​​et lille æble.

Cantilevers er typisk lavet af silicium eller siliciumnitrid og belagt med guld på begge sider for at reflektere lys. Perkins opdagede, at guldbelægningen var et problem, mens hans forskergruppe undersøgte foldningen og udfoldningen af ​​proteinmolekyler over tidsperioder på sekunder til minutter. Koncernen har tidligere forbedret AFM-positionsstabiliteten** og har et relateret patent, *** men opdagede så, at styrken drev. "Det er kontraintuitivt, " siger Perkins. "Alle har antaget, at du havde brug for guld til den forbedrede reflektionsevne, når i virkeligheden, guld er klart den dominerende kilde til kraftdrift på kort og lang tidsskala."

"Guld udviser en slags kompleks elastisk egenskab i højpræcisionsmålinger, Perkins forklarer. "Når du bøjer guld, det kryber lidt, som fjollet kit. Yderligere, læren i marken er, at guld kan knække, det kan ældes, og molekyler kan binde sig til det - hvilket alle kan ændre dets mekaniske egenskaber. Dette problem er endnu værre, når du laver biologiske eksperimenter i væske."

AFM kraftmålinger i væske har typisk haft præcision (fejlområde) på plus eller minus 5 til 10 pN. Ved at strippe guldet reducerede JILA-forskere fejlen med 10 gange, til omkring 0,5 pN for målinger på både korte og lange tidsskalaer. Forskere kan nu præcist måle hurtige processer, såsom proteiner, der folder og udfolder sig 50 gange i sekundet, over længere tidsperioder på flere minutter. Væsentligt, resultaterne blev opnået med kommercielt tilgængelige mikroskoper og cantilevers, så de praktiske fordele kan anvendes hurtigt til enhver AFM kraftmåling og billeddannelse. AFM kan nu konkurrere med optiske fælder og magnetiske pincet med hensyn til følsomhed.