KANAZAWA, Japão 19 de março de 2021 / PRNewswire University report / – Review of Scientific Instruments um relatório recentemente desenvolvido, Abordagem de Microscopia de Força Atômica para Amostras de Imagens e Processos Biológicos. O método oferece taxas de quadros mais altas e menos perturbação de amostra.
Microscopia de força atômica de alta velocidade (HS-AFM) é uma técnica de imagem que pode ser usada para visualizar processos biológicos, por exemplo, atividade de proteína. Hoje, as taxas de quadros HS-AFM típicas chegam a 12 quadros por segundo. No entanto, para melhorar as capacidades do método de modo que possa ser aplicado a uma gama crescente de amostras biológicas, são necessárias melhores velocidades de vídeo. Além disso, tempos de gravação mais rápidos significam menos interação entre a amostra e a sonda, uma ponta que varre a superfície da amostra, tornando o procedimento de imagem menos invasivo. Agora, Shingo Fukuda e Toshio Ando do Nano Life Science Institute (WPI-NanoLSI) da Universidade de Kanazawa desenvolveram uma abordagem HS-AFM alternativa para aumentar a taxa de quadros em até 30 quadros por segundo.
Uma imagem AFM é gerada movendo lateralmente uma ponta logo acima da superfície de uma amostra. Durante este movimento de varredura xy, a posição da ponta na direção perpendicular ao plano xy (a coordenada z) seguirá o perfil de altura da amostra. A variação da coordenada z da ponta produz um mapa de altura: a imagem de amostra.
Fukuda e Ando trabalharam no HS-AFM no chamado modo de modulação de amplitude. A ponta é então feita para oscilar com uma amplitude definida. Durante a varredura de uma superfície, a amplitude de oscilação mudará devido às variações na altura da estrutura da amostra. Para retornar à amplitude original, é necessária uma correção da distância ponta-amostra. O tamanho da correção está relacionado à topologia da superfície da amostra e é ditado pelo chamado erro de controle de feedback de configuração. Os cientistas notaram que o erro de controle de feedback é diferente quando a ponta se move em direções opostas, o que é chamado de rastreamento e chute. Em última análise, essa diferença se deve às diferentes forças físicas em jogo quando a ponta é 'puxada' (traçada) e quando a ponta é 'empurrada' (para trás).
Com base em seu conhecimento da física dos processos de rastreamento e rastreamento, Fukuda e Ando desenvolveram um regime de imagens que evita o rastreamento. Isso deve ser levado em consideração no algoritmo de controle. Os pesquisadores testaram seu modo de imagem de traço único em amostras de filamento de actina. (A actina é uma proteína muito comum nas células.) As imagens não eram apenas mais rápidas, mas também menos invasivas: os filamentos se rompiam com muito menos frequência. Eles também registraram processos de polimerização (por meio de interações proteína-proteína); novamente, descobriu-se que o método é mais rápido e menos prejudicial em comparação com a varredura AFM padrão e operação de rastreamento.
Os cientistas estão confiantes de que seu "método simples e altamente eficiente será instalado em breve nos sistemas HS-AFM existentes e futuros, e aumentará uma ampla gama de estudos de imagem HS-AFM em biofísica e outros campos."
Imagens relacionadas
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Legenda de Figura 1: Diferença na capacidade de invasão entre os processos de rastreamento e rastreamento.
(a) Varredura de varredura: varredura de rastreamento (linha vermelha) e varredura de volta (linha azul) do estágio de amostra,
(b) direções de varredura da ponta em relação à amostra nos processos de rastreamento e varredura,
(c) diferença no erro de controle de feedback entre os processos traceback e traceback. Imagens de erro de filamento de actina orientadas quase ao longo do eixo Y (superior) e do perfil de erro (inferior),
(d, e) diferença nas direções dos torques produzidos pelas forças laterais e verticais exercidas no cantilever da amostra durante os processos de varredura de rastreamento (d) e recuo (e),
(f, g) imagens HS-AFM de filamentos de actina capturadas a 10 fps nos modos OTI (f) e ORI (g) . No modo ORI, os filamentos de actina quebraram rapidamente.
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Figura 2. O circuito instalado para o modo OTI e sua operação.
(a) Durante a varredura posterior, um sinal de deslocamento DC ( A ou <0) é adicionado ao sinal de amplitude ( A ). O controle de feedback funciona como se a sonda estivesse em forte contato com a amostra e, portanto, o estágio da amostra se afasta da ponta.
(b) Sinal de disparo para scanner X no modo OTI (superior), sinal de deslocamento DC adicionado ao sinal de amplitude real (centro) e deslocamento de scanner Z (parte inferior).
Referência
Shingo Fukuda e Toshio Ando . Faster High Speed Atomic Force Microscopy for Imaging Biomolecular Processes, Rev. Sci. Instrum. 92 033705 (2021).
DOI: 10.1063 / 5.0032948
URL: https://aip.scitation.org/doi/10.1063/5.0032948[19459010
Sobre WPI nanoLSI Kanazawa University
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Nano Life Science Institute (NanoLSI) na Kanazawa University é um centro de pesquisa estabelecido em 2017 como parte da Iniciativa do Premier Mundial Centro Internacional de Pesquisa do Ministério da Educação, Cultura, Esportes, Ciência e Tecnologia. O objetivo desta iniciativa é formar centros de pesquisa de classe mundial. NanoLSI combina o conhecimento mais avançado de microscopia de sonda de bio-varredura para estabelecer 'técnicas nanoendoscópicas' para obter imagens, analisar e manipular biomoléculas diretamente para compreender os mecanismos que governam fenômenos vitais, como doenças.
Sobre a Universidade de Kanazawa
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Como a principal universidade abrangente na costa marítima do Japão A Universidade de Kanazawa tem contribuído muito para o ensino superior e a pesquisa acadêmica no Japão desde sua fundação em 1949. três faculdades e 17 escolas oferecendo cursos em disciplinas como medicina, engenharia da computação e humanidades.
A Universidade está localizada na costa do Mar do Japão em Kanazawa – uma cidade rica em história e cultura. A cidade de Kanazawa possui um perfil intelectual muito respeitado desde o feudo (1598-1867). A Universidade de Kanazawa é dividida em dois campi principais: Kakuma e Takaramachi para seus aproximadamente 10.200 alunos, incluindo 600 do exterior.
FONTE Universidade de Kanazawa
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