Lidt mindre kraft:At få atomkraftmikroskopi til at fungere for celler

(PhysOrg.com) - Forskere med Berkeley Labs Molecular Foundry har udviklet en nanotråd-baseret billedbehandlingsteknik, hvorved atomkraftmikroskopi kan bruges til at studere biologiske celler og andre bløde materialer i deres naturlige, flydende miljø uden at rive fra hinanden eller deformere prøverne. Dette kunne give videnskabsmænd de længe eftertragtede ikke-destruktive midler til dynamisk at sondere blødt stof.

Atomkraftmikroskopi, en taktilt-baseret sondeteknik, giver et tredimensionelt billede i nanoskala af et materiale ved at glide en nålelignende arm hen over materialets overflade. Kernen i AFM billeddannende arbejdshest er en cantilever med en skarp spids, der afbøjes, når den støder på bølger hen over en overflade. På grund af en minimumskraft, der kræves til billeddannelse, konventionelle AFM cantilevers kan deformere eller endda rive levende celler og andre biologiske materialer fra hinanden. Mens videnskabsmænd har gjort fremskridt med at reducere denne minimumskraft ved at lave mindre udkragere, kraften er stadig for stor til at afbilde celler med høj opløsning. Ja, til billeddannelse af objekter, der er mindre end lysets diffraktionsgrænse - dvs. nanometerdimensioner - denne tilgang rammer en vejspærring, da instrumentet ikke længere kan mærke små kræfter.

Nu, imidlertid, videnskabsmænd med Molecular Foundry, en brugerfacilitet for det amerikanske energiministerium beliggende i Berkeley Lab, har udviklet cantilevers i nanostørrelse, hvis blide berøring kunne hjælpe med at skelne levende cellers og andre bløde materialers funktion i deres naturlige, flydende miljø. Anvendes i kombination med en revolutionerende detektionsmekanisme, dette nye billedværktøj er følsomt nok til at undersøge bløde materialer uden de begrænsninger, der findes i andre cantilevers.

"Uanset om vi overvejer biologiske systemer eller andre komplekse, selvsamlende nanostrukturer, denne organisation vil blive udført i en væske, " siger Paul Ashby, en Molecular Foundry-medarbejder, der ledede denne forskning i Foundry's Imaging and Manipulation of Nanostructures Facility. “Hvis vi har en undersøgelsesprobe, der udmærker sig i dette miljø, vi kunne afbilde individuelle proteiner, som de fungerer på celleoverfladen."

siger Babak Sanii, en postdoktoral forsker i støberiet, "Skrumpning af udkragningen ned til dimensioner i nanoskala reducerer dramatisk den kraft, den påfører, men for at overvåge bevægelserne af sådan en lille cantilever, vi havde brug for et nyt detektionsskema."

I stedet for at måle cantileverens afbøjning ved at kaste en laser af den, Ashby og Sanii placerer nanotrådsudkrageren i fokus for en laserstråle og registrerer det resulterende lysmønster, lokalisering af nanotrådens position med høj opløsning. Duoen siger, at dette arbejde udgør en affyringsrampe til at bygge et nanotråd-baseret atomkraftmikroskop, der kan bruges til at studere biologiske celler og modellere cellulære komponenter såsom vesikler eller dobbeltlag. I særdeleshed, Ashby og Sanii håber at lære mere om integriner, proteiner fundet på overfladen af ​​celler, som medierer adhæsion og er en del af signalveje forbundet med cellevækst og migration.

"Ingen nuværende teknik undersøger samlingen og dynamikken af ​​proteinkomplekser i cellemembranen, ” tilføjer Ashby. "En dynamisk sonde er den hellige gral af billeddannelse af blødt stof, og vil hjælpe med at bestemme, hvordan proteinkomplekser associerer og adskiller sig."

"Højfølsom afbøjningsdetektering af nanotråde, ” af Babak Sanii og Paul D. Ashby, dukker op i Fysiske anmeldelsesbreve .