30.06.2020 - Beckman Institute

Desarrollar nuevas técnicas para mejorar la microscopía de fuerza atómica

Las mejoras aumentarán la versatilidad y la precisión del instrumento

Los investigadores del Instituto Beckman de Ciencia y Tecnología Avanzada han desarrollado un nuevo método para mejorar la capacidad de detección de imágenes químicas a nanoescala utilizando la microscopía de fuerza atómica. Estas mejoras reducen el ruido asociado con el microscopio, aumentando la precisión y el rango de las muestras que pueden ser estudiadas.

La microscopía de fuerza atómica se utiliza para escanear las superficies de los materiales para generar una imagen de su altura, pero la técnica no puede identificar fácilmente la composición molecular. Los investigadores han desarrollado previamente una combinación de AFM y espectroscopia infrarroja llamada AFM-IR. El microscopio AFM-IR utiliza un voladizo, que es un rayo que está conectado a un soporte en un extremo y a una punta afilada en el otro, para medir los movimientos sutiles de la muestra introducida por el brillo de un láser IR. La absorción de la luz por parte de la muestra hace que ésta se expanda y desvíe el voladizo, generando una señal IR.

"Aunque la técnica se utiliza ampliamente, hay un límite a su rendimiento", dijo Rohit Bhargava, Profesor Fundador de Ingeniería y director del Centro de Cáncer de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign. "El problema es que había fuentes de ruido desconocidas que limitaban la calidad de los datos".

Los investigadores crearon un modelo teórico para entender cómo funciona el instrumento y por lo tanto identificar las fuentes de ruido. Además, desarrollaron una nueva forma de detectar la señal IR con mayor precisión.

"La desviación del voladizo es susceptible al ruido, que empeora a medida que aumenta la desviación", dijo Seth Kenkel, un estudiante de postgrado del Laboratorio de Imágenes Químicas y Estructuras, dirigido por Bhargava. "En lugar de detectar la desviación del voladizo, usamos un componente piezoeléctrico como etapa para mantener la desviación cero. Aplicando un voltaje al material piezoeléctrico, podemos mantener una pequeña desviación con poco ruido mientras registramos la misma información química que ahora está codificada en el voltaje piezoeléctrico".

En lugar de mover el voladizo, los investigadores utilizan el movimiento del cristal piezoeléctrico para registrar la señal IR. "Es la primera vez que alguien controla un piezoactuador para detectar la señal. Otros investigadores trabajan en torno a desafíos como el ruido utilizando sistemas de detección más complejos que no abordan los problemas subyacentes asociados con el AFM-IR", dijo Kenkel.

"La gente sólo ha podido utilizar esta técnica para medir muestras que tienen una señal fuerte debido al problema del ruido", dijo Bhargava. "Con la mejora de la sensibilidad, podemos imaginar un volumen mucho más pequeño de muestras, como las membranas celulares."

Además de medir muestras más diversas, los investigadores también esperan utilizar esta técnica para medir volúmenes de muestras más pequeños. "Podríamos utilizar esta técnica para observar mezclas complejas que están presentes en pequeños volúmenes, como una sola bicapa lipídica", dijo Bhargava.

"La nueva técnica desarrollada por el laboratorio de Bhargava es emocionante. Nuestro grupo está interesado en usar esta técnica inmediatamente para aprender sobre la deformación de las proteínas en superficies complejas", dijo Catherine Murphy, la jefa del Departamento de Química y de la Cátedra de Química de Larry Faulkner.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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