תכנית NSF-MRI (מל&quot;ג: 1,229,103) הוא הודתה למימון הרכישה של מוצרי אלקטרוניקה חדשות שליטה, תוכנה, תאים נוזליים, ושאר ציוד הדרוש כדי להרכיב AFM / STM כפול. אנו מכירים במתקנים המשותפים באוניברסיטת שיקגו תכנית NSF-MRSEC (DMR-0,820,054) לקבלת סיוע עם מכשור AFM, הכשרה, והדמיה, ועל זמן מכשיר שהועמדו על ידי אמצעי רשת חומרי המחקר (DMR-0,820,054). אנחנו במיוחד מודים לד&quot;ר Qiti גואו, ד&quot;ר ג&#39;סטין Jureller, ופרופ &#39;קה איי לי לברכה לתלמידים שלנו לפני המימון של הצעת NSF-MRI שהביאה את המכשור הדרוש לקמפוס שלנו. אנו מכירים במימון ממענק הכותרת III גזע (ID: P031C110157) הוענק לאוניברסיטת אילינוי צפון מזרח שסיפק מלגות קיץ מחקר לסטודנטים ואנשי סגל, כמו גם תמיכה באספקה ​​מתכלה. לבסוף, אנו מכירים ברוקר-Nano, Inc לתמיכה אינסטרומנטלית המשיכה ורשות reproduce עלילה מציגה את המנגנון של PeakForce QNM ולהשתמש במילה ScanAsyst לתאר את התוכנה האוטומטית.

.1 מחשב ומיקרוסקופ הגדרה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פתח את השסתום של גליל N 2 ולהתאים את הידיות על מנת להבטיח את שולחן האוויר הוא צף ורמה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את המחשב, בקר, ואור סיבים האופטי בצו זה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדר את הסורק למצב / LFM AFM ולמרכז את המצלמה על ראש AFM. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תוכנה פתוחה. קטגוריה בחר ניסוי &quot;nanomechanical מאפיינים&quot;, &quot;כמותי nanomechanical מיפוי&quot; תחת קבוצת ניסוי, ו&quot; PeakForce QNM בנוזל &quot;תחת ניסוי. לחץ ניסוי טען ולאחר מכן התקנה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מקד את המצלמה באמצעות אובייקטיבי Z כדי לראות את פני השטח של השלב. Piezos בשימוש הגס למעלה / למטה לעבור השלב כ 1 מ&quot;מ מתחת לפני השטח של צמצם ראש AFM. </li></ol> 2 הכנת משטח נציץ <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחץ מדבקה הדבקה על הפנים של דיסק נקי תמיכת מדגם (קוטר 15 מ&quot;מ, 0.8 מ&quot;מ עובי). לדחוף V-4 נציץדיסק כיתה (25 x 25 x 26 מ&quot;מ) על גבי הדבק עד מחובר היטב. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשפשף את חתיכת סרט ברור על נציץ להבטיח שהוא דבק באופן מלא עם אין בועות אוויר. משוך את הקלטת מיציץ מצד אחד וללהעיף אותו באופן שווה. חזור במידת צורך כדי להבטיח נציץ הוא שטוח. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> גריפ דיסק התמיכה, צד נקי נציץ למעלה, עם פינצטה העגולה (grippers דיסק), ואת המקום על גבי הסורק. נציץ צריך להיות מתחת לרמה של צמצם ראש AFM. </li></ol> עצרת תא .3 נוזלים והדמיה של משטח נציץ <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יש לשטוף את תא הנוזל, O-טבעת, מתאם מזרק, מתאם צינור, ואת צינור הפליטה ב100% אתנול. יש לשטוף את תא הנוזל במים די. בואו כל אוויר החלקים להתייבש לחלוטין. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> דחוף את מתאם הצינור ליציאה בתא הנוזל הנקי. לחץ בעדינות על O-הטבעת לתוך מגרעת מרכז תא הנוזל באמצעות פינצטה בראשות שטוחה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחץ על האביב בקלילות על קליפ המקדמה בדיקה ולהפוך אותה מgroovדואר על הטיפ. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לתפוס את החללית בסוף הארוך מהקצה עם פינצטה בראשות שטוחה. מניחים את החללית לתוך החריץ עם הקצה מול מרכז התא. לדחוף את האביב ובלהתאים את סרטון המקדמה על הבדיקה כדי לאבטח אותו (איור 1). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בדוק את המהדק על AFM כדי לוודא שהוא חזר בו באופן מלא (איור 1 ג). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח את תא נוזל, O-הטבעת ולחקור פונה כלפי מטה, על גבי המדגם נציץ. לאפשר תא הנוזל לנוח על החתיכים של AFM. מנמיכים את המהדק כדי לייצב את תא הנוזל על הבמה. לחץ למטה המתג על המיקרוסקופ עד בדיקה ויזואלית מציגה את O-הטבעת הדחוסה בחוזקה בין דיסק התמיכה ותא הנוזל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בעת הצפייה בצג, להתמקד כפתור הכוונון הגס כדי להמחיש את חלקו העליון של תא הנוזל על המסך. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הזז את מיקרוסקופ עד שיהיו תמונה ברורה של הקצה באמצעות X / כפתורי התאמת Y ואובייקטיבי Z. טיפ יהיה appאוזן כמו משולש מתכתי, זהב. להזיז את הקצה קרוב יותר אל פני השטח המדגם באמצעות מנוף piezo על מיקרוסקופ. להתמקד בהשתקפות של הקצה. עקוב אחר שלוחה בפועל ביחס להשתקפות שלה. בשלב זה, הם צריכים להיות מתואמים באופן הדוק, אך לא חופף לחלוטין. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר את מתאם המזרק למזרק 1 מ&quot;ל סטרילי. חבר קצה אחד של צינור הפליטה למתאם המזרק ומניח את הקצה השני של הצינור במכל של תמיסת חיץ. באופן מלא להאריך את הבוכנה של המזרק. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צרף את הצינור למתאם הצינור בתא הנוזל. לחץ בעדינות את הבוכנה עד נוזל ממלא את התא במרכז באופן מלא. בדוק את התא על מנת להבטיח שאין בועות אוויר. בדוק שאין נוזל נשפך החוצה מתא הנוזל על מיקרוסקופ. הנח את המזרק על תמיכה מוצקה שהועלתה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בהזנת המצלמה וX / ידיות תרגום Y כדי לאתר את הלייזר על המסך (נקודה אדומה מפוזרת). שימוש בmovem הלייזרכפתורי בקרת ent, להעביר את הלייזר על הקצה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> דק להתאים את בקרות לייזר ומראה עד אות הסכום מוצג במיקרוסקופ מוגדלת (ערך = 4 - 6). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התאם את הזווית של דיודה רבע באמצעות הכפתורים בצד האחורי השמאלי והצד השמאלי העליון של ראש הסריקה כדי להוריד את הסטיות אנכיות ואופקיות המוצגות במיקרוסקופ הקרוב לאפס ככל האפשר (± 0.1). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בתוכנה, לבחור אפשרויות רכישה. לכל הפחות, גובה בחר (בוחן הלוך ושוב), שגיאת שיא כוח, ועיוות. אפשרויות האחרות הן שימוש תלוי ויכולות להיות מותאמות אישית המבוססות על המידע הספציפי הרצוי על ידי בניסויים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחר באפשרות &quot;קו&quot; לRT מטוס Fit בכל חלון רכישה. בחר באפשרות &quot;אף אחד&quot; לOT מטוס Fit בחלונות הגובה. הגדר את X ו Y לקזז וזווית סריקה לאפס, אם לא עשו. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדר את קצב הסריקה להרץ 1, המדגם בכל שורה ל256, השליטה האוטומטית ScanAsystלאדם, וגבול Z האוטומטי ScanAsyst לכבוי. לשנות את גבול Z 500 ננומטר. הגדר את גודל סריקה עד 1 מיקרומטר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחץ לעסוק. בשלב זה, את הקצה מתקרב למשטח. בעוד הקצה מתקרב, להתבונן שינוי מתח piezo Z בפינה השמאלית התחתונה של המסך. אם הקצה הולך מחוץ לטווח, למשוך את הקצה ומחדש את הגישה. אם זה לא מוצלח, טיפ ייתכן שיהיה הצורך לשנות כדי שתהיה לי גישה מוצלחת. ברגע שהקצה עוסק, הקווים יתחילו להופיע בכל אחד מחלונות הרכישה שמרכיבים תמונה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קח את התמונות של נציץ ב1 x 1 מיקרומטר ולהתקרב לאט כדי להבטיח שהמשטח נציץ נקי ושטוח. לחץ לכידה רציפה כדי לשמור תמונות כפי שהם מופיעים. להתקרב ולנוע על פני השטח כרצונכם. </li></ol> .4 חלבון הפקדת והכנת הדוגמה להדמיה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להשיג מדגם חלבון מטוהר 38 ולשמור על קרח. אם מאוחסן במקפיא, להפשיר מדגם עלקרח למשך 5 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לדלל את החלבון ל0.0010 מ&quot;ג / פתרון חיץ ההדמיה מ&quot;ל באמצעות קירור. חיץ ההדמיה המשמש כאן הוא 15 מ&quot;מ טריס-HCl (pH = 8.0), 150 mM NaCl, ו15 מ&quot;מ MgCl 2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מלא קאמרי 4 (100 x 15 מ&quot;מ) צלחת פטרי עם פתרון חיץ הדמיה בקירור. ממלא כל תא עם לפחות 5 מ&quot;ל של תמיסה. בעדינות מערבב את פתרון חלבון המדולל בקצה המחובר לmicropipettor. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> החל 200 μl של פתרון החלבון המדולל אל פני השטח של נציץ כבר מוכנים. לאחר 30 שניות, להרים את פני השטח חלבון / נציץ עם פינצטה העגולה (grippers דיסק). החזק מקביל מדגם לספסל המעבדה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בעוד מחזיק את המדגם, לטבול מייד המדגם בפתרון החיץ כלול ברבע הראשון של צלחת פטרי (צעד 4.2), תוך הבטחה כי המדגם מקביל לאגן של צלחת פטרי. לאחר 1 שניות, להסיר את המדגם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ממשיך להחזיק במקביל המדגם לאגןשל צלחת פטרי, חזור על שלב 4.5 במשך שלושת רבעים הנותרים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את הדיסק על בד נטול אבק יבש כדי לספוג את הלחות עודפת ולהעביר את הדיסק על הבמה של מיקרוסקופ. אל תיגע במשטח בפועל עם המטלית. אל תאפשר המדגם לייבוש. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על שלבים 3.6-3.16. </li></ol> .5 הדמיה חלבונים על מיכה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחץ על תיבת סימון פרמטרים בצד שמאל של המסך. גודל באביב וברדיוס קצה צריכים להיות מוגדר המבוססים על שימוש הקצה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחץ לעסוק. באופן דומה לתהליך ההדמיה נציץ (שלב 3.17), לקיים את חלון z-piezo כגישות קצה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאפשר לסורק תמונה באותו האזור לפחות שני מעברים רצופים. לחץ לכידה רציפה כדי לשמור כל תמונה שנאסף. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הזז את הסורק לאזור חדש ו / או לשנות את גודל התמונה בהתאם לצורך. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר שהתוכנה האוטומטית סיימה התאמהפרמטרים סריקה לגודל תמונה מסוים, להפוך את התוכנה משם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> באופן ידני להתאים את קצב סריקה, גבול z, מספר הקווים, ומתח על מנת לכוונן את המיקוד של התמונה. אם התמונה הופכת להיות יותר מדי מחוץ לפוקוס, פונה תוכנה שוב על להחזיר את המצב ההתחלתי המקורי. כדי להגדיל את הרזולוציה של תמונה, תוך התקרבות על חלבון, להקטין את קצב הסריקה ולהגדיל את מספר הקווים באופן יחסי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר הניסוי, לנקות את נוזל התא עם 100% אתנול ולשטוף עם DI H 2 O. לאפשר נוזל התא לייבוש מלא. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פתח את תוכנת נתונים לעיבוד תמונות נתונים גולמיים. ראשית, לשטח את התמונה על ידי לחיצה על הסמל לשטח. בחר אפס ה סדר ולחץ על ביצוע. בהתאם לתמונה, מטוס בכושר עשוי להיות נחוץ כדי להשיג תמונה כראוי שטוחה. במקרה זה, בחר את הסמל בכושר מטוס ולצייר מטוס של אזור שטוח של התמונה באמצעות הסמן. לחץ לבצע. חזור על פי צורך </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Select כרטיסיית החתך כדי למדוד את הממדים של החלבון. צייר קו עם הסמן להזיז אותו על פני המולקולה או האזור כדי להיות מנותח. חזור על פעולה עבור מספר אזורים והתוכנה תפיק כיסוי. לייצא את התמונה או את הנתונים המשמשים ליצירת תמונה בפורמט תואם לתוכניות תוכנה וציור אחרות. </li></ol>

<ol>
	<li>Binnig, G., Quate, C. F., Gerber, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Atomic+Force+Microscope.">Atomic Force Microscope.</a> Phys. Rev. Lett. 56, 930-933 (1986).</li><li>Sonnenfeld, R., Hansma, P. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Atomic-Resolution+Microscopy+in+Water+Science.">Atomic-Resolution Microscopy in Water Science.</a> 232, 211-213 (1986).</li><li>Nikiforov, M. P., Darling, S. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Concurrent+Quantitative+Conductivity+and+Mechanical+Properties+Measurements+of+Organic+Photovoltaic+Materials+using+AFM.">Concurrent Quantitative Conductivity and Mechanical Properties Measurements of Organic Photovoltaic Materials using AFM.</a> J. Vis. Exp. 71, (2013).</li><li>Bahatyrova, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Native+Architechure+of+a+Photosynthetic+Membrane.">The Native Architechure of a Photosynthetic Membrane.</a> Nature. 430, 1058-1061 (2004).</li><li>Sturgis, J. N., Tucker, J. D., Olsen, J. D., Hunter, C. N., Niederman, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Atomic+Force+Microscopy+Studies+of+Native+Photosynthetic+Membranes.">Atomic Force Microscopy Studies of Native Photosynthetic Membranes.</a> Biochem. 48, 3679-3698 (2009).</li><li>Pelling, A. E., Li, Y., Shi, W., Gimzewski, J. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanoscale+visualization+and+characterization+of+Myxococcus+xanthus+cells+with+atomic+force+microscopy.">Nanoscale visualization and characterization of Myxococcus xanthus cells with atomic force microscopy.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U S A. 102, 6484-6489 (2005).</li><li>Viani, M. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Probing+Protein-Protein+Interactions+in+Real-Time.">Probing Protein-Protein Interactions in Real-Time.</a> Nature: Structural Biology. 7, 644-648 (2000).</li><li>Hook, F., Kasemo, B., Grunze, M., Zauscher, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+Biological+Surface+Science,+Challenges+and+Recent+Advances.">Quantitative Biological Surface Science, Challenges and Recent Advances.</a> ACS Nano. 2, 2428-2436 (2008).</li><li>Thomas, G., Burnham, N. A., Camesano, T. A., Wen, Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measuring+the+Mechanical+Properties+of+Living+Cells+Using+Atomic+Force+Microscopy.">Measuring the Mechanical Properties of Living Cells Using Atomic Force Microscopy.</a> J. Vis. Exp. (76), (2013).</li><li>Murphy, P. J. M., Shannon, M., Goertz, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Visualization+of+Recombinant+DNA+and+Protein+Complexes+Using+Atomic+Force+Microscopy.">Visualization of Recombinant DNA and Protein Complexes Using Atomic Force Microscopy.</a> J. Vis. Exp. (53), (2011).</li><li>Poggi, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Scanning+Probe+Microscopy.">Scanning Probe Microscopy.</a> Anal. Chem. 76, 3429-3444 (2004).</li><li>Rico, F., Su, C., Scheuring, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanical+Mapping+of+Single+Membrane+Proteins+at+Submolecular+Resolution.">Mechanical Mapping of Single Membrane Proteins at Submolecular Resolution.</a> Nano Letters. 11, 3983-3986 (2012).</li><li>Foster, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+State+of+Microscopy+for+2012.">The State of Microscopy for 2012.</a> Amer. Lab. 43, 4-6 (2011).</li><li>Guzman, H. V., Perrino, A. P., Garcia, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Peak+Forces+in+High-Resolution+Imaging+of+Soft+Matter+in+Liquid.">Peak Forces in High-Resolution Imaging of Soft Matter in Liquid.</a> ACS Nano. 7, 3198-3204 (2013).</li><li>Kaemmer, S. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Introduction+to+Bruker&#8217;s+ScanAsyst+and+PeakForce+Tapping+AFM+Technology.">Introduction to Bruker&#8217;s ScanAsyst and PeakForce Tapping AFM Technology.</a> , (2011).</li><li>Dufr&#234;ne, Y. F., Martinez-Martin, D., Medalsy, I., Alsteens, D., Muller, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multiparametric+imaging+of+biological+systems+by+force-distance+curve-based+AFM.">Multiparametric imaging of biological systems by force-distance curve-based AFM.</a> Nature Methods. 10, 847-854 (2013).</li><li>Pfreundschuh, M., Martinez-Martin, D., Mulvihill, E., Wegmann, S., Muller, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multiparametric+high-resolution+imaging+of+native+proteins+by+force-distance+curve&#8211;based+AFM.">Multiparametric high-resolution imaging of native proteins by force-distance curve&#8211;based AFM.</a> Nature Protocols. 9, 1113-1130 (2014).</li><li>Pfreundschuh, M., Alsteens, D., Hilbert, M., Steinmetz, M. O., Muller, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Localizing+Chemical+Groups+while+Imaging+Single+Native+Proteins+by+High-Resolution+Atomic+Force+Microscopy.">Localizing Chemical Groups while Imaging Single Native Proteins by High-Resolution Atomic Force Microscopy.</a> Nano Letters. 14, 2957-2964 (2014).</li><li>Berquanda, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Atomic+Force+Microscopy+Imaging+of+Living+Cells.">Atomic Force Microscopy Imaging of Living Cells.</a> Microscopy Today. 18, 8-14 (2010).</li><li>Heua, C., Berquand, A., Elie-Cailleb, C., Nicoda, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Glyphosate-induced+Stiffening+of+HaCaT+Keratinocytes,+a+Peak+Force+Tapping+Study+on+Living+Cells.">Glyphosate-induced Stiffening of HaCaT Keratinocytes, a Peak Force Tapping Study on Living Cells.</a> J. Struc. Biol. 178, 1-7 (2012).</li><li>Picas, L., Rico, F., Deforet, M., Scheuring, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structural+and+Mechanical+Heterogeneity+of+the+Erythrocyte+Membrane+Reveals+Hallmarks+of+Membrane+Stability.">Structural and Mechanical Heterogeneity of the Erythrocyte Membrane Reveals Hallmarks of Membrane Stability.</a> ACS Nano. 7, 1054-1063 (2013).</li><li>Tobias, F. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Scanning+Probe+Microscopy+of+Bacterial+Red-Light.">Scanning Probe Microscopy of Bacterial Red-Light.</a> Proc. 1465, doi:10.1557/opl.2012.1006. , (2012).</li><li>Sorenson, B. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Domain+Structure+of+a+Unique+Bacterial+Red+Light+Photoreceptor+as+Revealed+by+Atomic+Force+Microscopy.">Domain Structure of a Unique Bacterial Red Light Photoreceptor as Revealed by Atomic Force Microscopy.</a> Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 1652, (2013).</li><li>Rockwell, N. C., Lagarias, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+structure+of+phytochrome:+a+picture+is+worth+a+thousand+spectra.">The structure of phytochrome: a picture is worth a thousand spectra.</a> Plant Cell. 18, 4-14 (2006).</li><li>Rockwell, N. C., Shang, L., Martin, S. S., Lagarias, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Distinct+classes+of+red/far-red+photochemistry+within+the+phytochrome+superfamily.">Distinct classes of red/far-red photochemistry within the phytochrome superfamily.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 106, 6123-6127 (2009).</li><li>Noack, S., Michael, N., Rosen, R., Lamparter, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Protein+conformational+changes+of+Agrobacterium+phytochrome+Agp1+during+chromophore+assembly+and+photoconversion.">Protein conformational changes of Agrobacterium phytochrome Agp1 during chromophore assembly and photoconversion.</a> Biochem. 46, 4164-4176 (2007).</li><li>Noack, S., Lamparter, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Light+modulation+of+histidine-kinase+activity+in+bacterial+phytochromes+monitored+by+size+exclusion+chromatography,+crosslinking,+and+limited+proteolysis.">Light modulation of histidine-kinase activity in bacterial phytochromes monitored by size exclusion chromatography, crosslinking, and limited proteolysis.</a> Methods of Enzymology. 423, 203-221 (2007).</li><li>Rockwell, N. C., Su, Y. S., Lagarias, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Phytochrome+structure+and+signaling+mechanisms.">Phytochrome structure and signaling mechanisms.</a> Annual Review Plant Biology. 57, 837-856 (2006).</li><li>Bhoo, S. H., Davis, S. J., Walker, J., Karniol, B., Vierstra, R. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bacteriophytochromes+Are+Photochromic+Histidine+Kinases+Using+a+Biliverdin+Chromophore.">Bacteriophytochromes Are Photochromic Histidine Kinases Using a Biliverdin Chromophore.</a> Nature. 414, 776-779 (2001).</li><li>Takala, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Signal+amplification+and+transduction+in+phytochrome+photosensors.">Signal amplification and transduction in phytochrome photosensors.</a> Nature. 509, 245-248 (2014).</li><li>Filonov, G. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stable+Near-Infared+Fluorescent+Protein+for+in+vivo+Imaging.">Stable Near-Infared Fluorescent Protein for in vivo Imaging.</a> Nature Biotech. 29, 757-761 (2011).</li><li>Samma, A. A., Johnson, C. K., Song, S., Alvarez, S., Zimmer, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+Origin+of+Fluorescence+in+Bacteriophytochrome+Infrared+Fluorescent+Proteins.">On the Origin of Fluorescence in Bacteriophytochrome Infrared Fluorescent Proteins.</a> J. Phys. Chem. B. 114, 15362-15369 (2011).</li><li>Lehtivuori, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fluorescence+Properties+of+the+Chromophore-Binding+Domain+of+Bacteriophytochrome+from+Deinococcus+radiodurans.">Fluorescence Properties of the Chromophore-Binding Domain of Bacteriophytochrome from Deinococcus radiodurans.</a> J. Phys. Chem. B. 117, 11049-11057 (2013).</li><li>Toh, K. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Primary+Reactions+of+Bacteriophytochrome+Observed+with+Ultrafast+Mid-Infrared+Spectroscopy.">Primary Reactions of Bacteriophytochrome Observed with Ultrafast Mid-Infrared Spectroscopy.</a> J. Phys. Chem. A. 115, 3778-3786 (2011).</li><li>Auldridge, M. E., Satyshur, K. A., Anstrom, D. M., Forest, K. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structure-guided+engineering+enhances+a+phytochrome-based+infrared+fluorescent+protein.">Structure-guided engineering enhances a phytochrome-based infrared fluorescent protein.</a> J. Biol. Chem. 287, 7000-7009 (2012).</li><li>Toh, K. C., Stojkovic, E. A., van Stokkum, I. H., Moffat, K., Kennis, J. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Proton-transfer+and+hydrogen-bond+interactions+determine+fluorescence+quantum+yield+and+photochemical+efficiency+of+bacteriophytochrome.">Proton-transfer and hydrogen-bond interactions determine fluorescence quantum yield and photochemical efficiency of bacteriophytochrome.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U S A. 107, 9170-9175 (2010).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Pymol+Molecular+Graphic+System+v.1.5.0.1.">The Pymol Molecular Graphic System v.1.5.0.1.</a> , .</li><li>Yang, X., Stojkovic, E. A., Kuk, J., Crystal Moffat, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=structure+of+the+chromophore+binding+domain+of+an+unusual+bacteriophytochrome,+RpBphP3,+reveals+residues+that+modulate+photoconversion.">structure of the chromophore binding domain of an unusual bacteriophytochrome, RpBphP3, reveals residues that modulate photoconversion.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 104, 12571-12576 (2007).</li><li>Yang, X., Kuk, J., Moffat, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Crystal+structure+of+Pseudomonas+aeruginosa+bacteriophytochrome:+photoconversion+and+signal+transduction.">Crystal structure of Pseudomonas aeruginosa bacteriophytochrome: photoconversion and signal transduction.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 105, 14715-14720 (2008).</li><li>Woitowich, N. K., Garrido, C., Ozarowski, W., Stojkovic, E. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preliminary+X-ray+Crystallographic+and+Structural+Analyses+of+a+Bacteriophytochrome+from+Stigmatella+aurantiaca.">Preliminary X-ray Crystallographic and Structural Analyses of a Bacteriophytochrome from Stigmatella aurantiaca.</a> The FASEB Journal. 25, 928 (2011).</li><li>Wagner, J. R., Zhang, J., Brunzelle, J. S., Vierstra, R. D., Forest, K. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+resolution+structure+of+Deinococcus+bacteriophytochrome+yields+new+insights+into+phytochrome+architecture+and+evolution.">High resolution structure of Deinococcus bacteriophytochrome yields new insights into phytochrome architecture and evolution.</a> J. Biol. Chem. 282, 12298-12309 (2007).</li><li>Wagner, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mutational+analysis+of+Deinococcus+radiodurans+bacteriophytochrome+reveals+key+amino+acids+necessary+for+the+photochromicity+and+proton+exchange+cycle+of+phytochromes.">Mutational analysis of Deinococcus radiodurans bacteriophytochrome reveals key amino acids necessary for the photochromicity and proton exchange cycle of phytochromes.</a> J. Biol. Chem. 283, 12212-12226 (2008).</li></ol>

There are no competing financial interests or conflicts of interest.

AFM הוא שיטת מיקרוסקופיית מסוגלת הדמיה חלבונים ומקרומולקולות ביולוגיות אחרות בתנאים רלוונטיים מבחינה פיזיולוגית באופן מלא. בהשוואה לקריסטלוגרפיה רנטגן וNMR, מגבלה אחת של AFM היא חוסר יכולתה כדי להשיג את אותה הרזולוציה, במיוחד ברזולוציה לרוחב. בעת השימוש בAFM לנתח מולקול...

מיקרוסקופ כוח אטומי (AFM) הפך לכלי חשוב מאוד עבור חוקר את התכונות המבניות ומכאניות של משטחים, דקים סרטים, ומולקולות בודדות מאז המצאתו בשנת 1986 (איור 1). 1-3 שימוש בנוזל תא, יש לו את השיטה להיות שימושי במיוחד במחקרים של מקרומולקולות ביולוגיות ותאים גם חיים בסביבה רלוונטית מבחינה פיזיולוגית. 4-10 מצב הקשה AFM באופן מסורתי משמש להדמית חומרים רכים או מולקולות קשורות באופן רופף למשטח, מאז AFM קשר מצב הוא בדרך כלל לא מתאים בשל לנזק שנגרם על ידי הכוחות לרוחב המופעל על המדגם על ידי שלוחה. 11 AFM טאפינג מצב מפחית באופן משמעותי את הכוחות האלה על ידי כך את הקצה לסירוגין לגעת במשטח ולא להיות בקשר הרציף. במצב זה, השלוחה נעה ליד או תדר התהודה שלה רגיל אל פני השטח. באופן דומה ליצור קשר עם מצב AFM, טופוגרפיה היא אנאליyzed על ידי התוויית התנועה של z-piezo כפונקציה של XY (מרחק). דינמיקת שלוחה יכולה להיות די יציבה ליד או תהודה; לכן, הם מאוד מאתגרים כדי להפוך מחוץ למצב &quot;מצב יציב&quot;. באופן ספציפי, דינמיקה אלה תלויים בשני מאפייני המדגם וסביבת סריקה. למולקולה רכה שנספחה למשטח קשה (ER), לולאת משוב מכוונת היטב למולקולה עשויה להוביל לתנודת משוב למשטח. מבצע בנוזל מסבך עוד יותר את הכוונון של שלוחה. שינויים ברמות טמפרטורה או הנוזל דורשים הסתגלות מתמדת של נקודת סט, רווחים, ופרמטרי הדמיה אחרים. התאמות אלו נוטות להיות זמן רב ומאתגר עבור משתמשים מאוד. שיא הכוח כמותי nanomechanical נכס מיפוי (PF-QNM), כמו ההקשה AFM מצב, נמנע מאינטראקציות לרוחב על ידי לסירוגין פנייה המדגם (איור 2). 12-15 &lt;/ Sup&gt; עם זאת, PF-QNM פועל במצב ותדרים נמוכים בהרבה מAFM הקשה במצב שאינו מהדהדים. זו מבטלת את אתגרי הכוונון של הקשה במצב AFM, במיוחד אלה החריפו על ידי הנוכחות של נוזל. עם PF-QNM, תמונות נאספות על ידי לקיחת עקומת כוח תגובה בכל נקודת המגע. עם התוספת של תוכנת ScanAsyst, 15 התאמה של הפרמטרים הסריקה יכולה להיות אוטומטית ותמונה ברזולוציה גבוהה שהושגה בעניין של דקות על ידי אפילו משתמשים לא מנוסים. ברגע שהמשתמש הופך להיות מוכר יותר עם AFM, את כל הפרמטרים האוטומטיים או כל עשוי להתבטל בכל עת שמתירה בניסויים כדי לכוונן את איכות התמונה באופן ידני. מאז הקמתה, PF-QNM הוחל על מפת bacteriorhodopsin, חלבון קרום, וחלבוני ילידים אחרים ברמת submolecular. 16-18 לbacteriorhodopsin, קיים מתאם ישיר בין גמישות החלבון ורנטגן מבנים קריסטלוגרפיים. PF 12 -QNM נוצל כדי לחקור תאי חיים עם רזולוציה גבוהה. 19,20 קשרים חשובים יתר על כן, נתוני PF-QNM יש הובהרו בין המבנה ומכניקה בתוך הקרום כדורית אדומה שהם קריטיים לשלמות תא ותפקודו. 21 יש לנו עובדי מיקרוסקופיית שיטות (SPM), 22 כוללים AFM, 23 כדי לחקור את המבנה של האורות האדום קולטני אור הנקרא bacteriophytochromes (BphPs). 24,25 הם מורכבים של מודול חישת אור קוולנטית קשור למודול איתות-מפעיל כזה כקינאז היסטידין (HK). 26 מודול אור החישה בדרך כלל מכיל chromophore בלעין, שעובר שינוי מבני על קליטה של פוטון, עם שורה של שינויים מבניים שהגיעו למודול איתות-מפעיל ומוביל לשינוי גלובלי של כל החלבון . 24,27-29 בהתבסס על השינוי הזה, יש שני של אור מובחן קליטהtates של BphPs, מדינת אור קליטה אדומה ומרחיקה אדומה, מסומן כPr וPFR. Pr הוא מדינה יציבה תרמית, כהה מותאם עבור רוב BphPs. 28 הבסיס המולקולרי של photoconversion Pr / PFR אינו מובן לחלוטין בשל ידע מבני מוגבל של החלבונים האלה. למעט מבנה אחד מד radiodurans, 30 כל המבנים קריסטלוגרפיים רנטגן שפורסם של חלבונים אלה נמצאים במצב הכהה מותאמת וחסרי תחום מפעיל. BphPs שלם הם גדול מדי כדי להיחקר ביעילות על ידי תהודה מגנטית גרעינית (NMR) וקשה לשמצה להתגבש בצורה שלמה שלהם (במיוחד במדינה מותאמת האור) לקריסטלוגרפיה רנטגן. לאחרונה BphPs כבר מהונדס כסמני חלבון פלואורסצנטי אינפרא אדום (של IFP). ביום 31 באפיון מבני של חלבונים אלה יכול לקדם את הסיוע בעיצוב IFP יעיל. 32-36 המוקד של מאמר זה הוא להציג הליךהדמיה של BphPs באמצעות AFM נוזל תאים באמצעות PF-QNM. השיטה באה לידי ביטוי במחקרים של המדינה מותאמת אור RpBphP3 bacteriophytochrome (P3) מחיידק הפוטוסינתזה ר &#39; palustris. הליך AFM מוצג כאן הוא גישה נוחה וישירה להדמיה של חלבונים, כמו גם מקרומולקולות ביולוגיות אחרות. בשיטה זו, פרטים מבניים של מולקולות בודדות יכולים להיות שנאספו בפרק זמן קצר, בדומה למפגש מעבדה קורס במדע ברמה עליונה. דרך מדידת חתכים והשלמת ניתוחים ממדיים נוספים, ניתן להשוות נתונים ניסיוניים למודלים חישוביים שימושיים. 37-42

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Name of Material/Equipment</td>
			<td>Company</td>
			<td>Catalog #</td>
			<td>Comments</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tris-HCl</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>O4997-100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NaCl</td>
			<td>Acros Organics</td>
			<td>7647-14-5</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MgCl2</td>
			<td>Acros Organics</td>
			<td>7791-18-6</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Multimode 8 AFM</td>
			<td>Bruker-Nano</td>
			<td>492-008-011</td>
			<td>equipped with Nanoscope V controller and J scanner</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Probe</td>
			<td>Bruker-Nano</td>
			<td>SNL-10, ScanAsyst-Fluid+</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tapping Mode Fluid Cell</td>
			<td>Bruker-Nano</td>
			<td>MTFML</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mica V-4 Grade</td>
			<td>SPI supplies</td>
			<td>1150503</td>
			<td>25 x 25 x .26 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sample support disk</td>
			<td>nanoSurf</td>
			<td>BT02236</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Petri dish</td>
			<td>Plasta-Medic, Inc.</td>
			<td></td>
			<td>100 mm x 15 mm&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>micropipettors</td>
			<td>Denville Scientific</td>
			<td>XL 3000i</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>RpBphP3</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Prepared according to cited references</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nanoscope software</td>
			<td>Bruker-Nano</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fiber Optic Light</td>
			<td>Digital Instruments Inc.</td>
			<td>F0-50</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pelco AFM Disc Gripper</td>
			<td>Ted Pella Inc</td>
			<td>1668</td>
			<td>12 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1 ml syringe</td>
			<td>McKesson</td>
			<td>102-ST1C</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Eppendorf tubes</td>
			<td>Denville Scientific</td>
			<td>C2171</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>The Pymol Molecular Graphic System v.1.5.0.1</td>
			<td>Schrodinger, LLC</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

atomic force microscopy of red-light photoreceptors using peakforce quantitative nanomechanical property mapping

מיקרוסקופ כוח אטומי (AFM) משתמש בקצה פירמידה צמוד לשלוחה כדי לחקור את תגובת הכוח של פני השטח. הסטיות של הקצה ניתן למדוד ל~ 10 PN על ידי לייזר וגלאים סקטוריאלית, הניתן להמרה לטופוגרפית תמונה. אפנון משרעת או AFM &quot;מצב קשה&quot; כרוך הבדיקה ביצירת קשר רציפה עם פני השטח בעת נדנוד בתדר התהודה שלה כדי לייצר תמונה. הפועל בשיתוף עם תא נוזל, הקשה מצב AFM מאפשר ההדמיה של מקרומולקולות ביולוגיות כגון חלבונים בתנאים רלוונטיים מבחינה פיזיולוגית. הקשה במצב AFM דורש כוונון ידני של הבדיקה והתאמות תכופות של מספר רב של פרמטרים סריקה שיכולה להיות מאתגר עבור משתמשים לא מנוסים. כדי להשיג תמונות באיכות גבוהה, התאמות אלה הן לצרוך הזמן ביותר. PeakForce כמותי nanomechanical נכס המיפוי (PF-QNM) מייצר תמונה על ידי מדידת respon כוחעקומת se לכל נקודת מגע עם המדגם. עם תוכנת ScanAsyst, יכול להיות אוטומטי PF-QNM. תוכנה זו מתאימה את תדירות כונן הגדרת נקודה,, קצב סריקה, רווחים, ופרמטרי סריקה חשובים אחרים באופן אוטומטי למדגם נתון. לא רק שתהליך זה להגן על שני בדיקות ודגימות שבירות, זה מפחית באופן משמעותי את הזמן הנדרש כדי להשיג תמונות ברזולוציה גבוהות. PF-QNM תואם להדמית AFM בנוזל; לכן, יש לה יישום נרחב הדמיה חומרים רלוונטיים מבחינה ביולוגית. השיטה המוצגת במאמר זה מתארת ​​את היישום של PF-QNM כדי להשיג תמונות של קולטי אור אורות אדומים בקטריאלי, RpBphP3 (P3), מר &#39;הפוטוסינתזה palustris במדינה מותאם האור שלה. באמצעות שיטה זו, הדימרים בודדים חלבון של P3 ואגרגטים של הדימרים נצפו על משטח נציץ בנוכחות חיץ הדמיה. עם התאמות מתאימות למשטח ו / או ריכוז פתרון, שיטה זועשוי בדרך כלל להיות מיושם על מקרומולקולות הרלוונטית מבחינה ביולוגית אחרת וחומרים רכים.

תמונות AFM נציג של חלבון קולטי אור, P3, במצב מותאם האור שלה מוצגות בתרשימים 3 ו -4. מצע טרי ביקע נציץ (איור 3 א) הוא משטח מתאים, שטוח לחלבון ספיחה. איסוף תמונה של מיקה נקייה כביקורת שלילית הוא חשוב מכמה סיבות. ראשית, הוא מבטח את תא הנוזל נקי ולא חומר?...

Watch this Scientific Journal Video about Atomic Force Microscopy of Red-Light Photoreceptors Using PeakForce Quantitative Nanomechanical Property Mapping at JoVE.com

Atomic Force Microscopy of Red-Light Photoreceptors Using PeakForce Quantitative Nanomechanical Property Mapping

A method for investigating the structure of a protein photoreceptor using atomic force microscopy (AFM) is described in this paper. PeakForce Quantitative Nanomechanical Property Mapping (PF-QNM) reveals intact protein dimers on a mica surface.

מיקרוסקופית כוח האטומי של אורות אדומים קולטני אור שימוש במיפוי PeakForce כמותי nanomechanical נכס

Atomic force microscopy (AFM) uses a pyramidal tip attached to a cantilever to probe the force response of a surface. The deflections of the tip can be ...

atomic-force-microscopy-red-light-photoreceptors-using-peakforce

Research

JoVE Journal

Engineering

11.6K Views.  Northeastern Illinois University. A method for investigating the structure of a protein photoreceptor using atomic force microscopy (AFM) is described in this paper. PeakForce Quantitative Nanomechanical Property Mapping (PF-QNM) reveals intact protein dimers on a mica surface. 

Video: Atomic Force Microscopy of Red-Light Photoreceptors Using PeakForce Quantitative Nanomechanical Property Mapping

Preparation and Friction Force Microscopy Measurements of Immiscible, Opposing Polymer Brushes

Solvated polymer brushes are well known to lubricate high-pressure contacts, because they can sustain a positive normal load while maintaining low friction at the interface. Nevertheless, these systems can be sensitive to wear due to interdigitation of the opposing brushes. In a recent publication, we have shown via molecular dynamics simulations and atomic force microscopy experiments, that using an immiscible polymer brush system terminating the substrate and the slider surfaces, respectively, can eliminate such interdigitation. As a consequence, wear in the contacts is reduced. Moreover, the friction force is two orders of magnitude lower compared to traditional miscible polymer brush systems. This newly proposed system therefore holds great potential for application in industry. Here, the methodology to construct an immiscible polymer brush system of two different brushes each solvated by their own preferred solvent is presented. The procedure how to graft poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAM) from a flat surface and poly(methyl methacrylate) (PMMA) from an atomic force microscopy (AFM) colloidal probe is described. PNIPAM is solvated in water and PMMA in acetophenone. Via friction force AFM measurements, it is shown that the friction for this system is indeed reduced by two orders of magnitude compared to the miscible system of PMMA on PMMA solvated in acetophenone.

The methodology to perform friction force microscopy experiments for contacting brushes is presented: Two polymer brushes that are grafted from (a) substrates and (b) colloidal probes are slid to show that, by using two contacting immiscible brush systems, friction in sliding contacts is reduced compared to miscible brush systems.

מדידות הכנה וחיכוך מיקרוסקופית כוח של immiscible, המתנגדות למברשות פולימר

Solvated polymer brushes are well known to lubricate high-pressure contacts, because they can sustain a positive normal load while maintaining low ...

Investigating Single Molecule Adhesion by Atomic Force Spectroscopy

Atomic force spectroscopy is an ideal tool to study molecules at surfaces and interfaces. An experimental protocol to couple a large variety of single molecules covalently onto an AFM tip is presented. At the same time the AFM tip is passivated to prevent unspecific interactions between the tip and the substrate, which is a prerequisite to study single molecules attached to the AFM tip. Analyses to determine the adhesion force, the adhesion length, and the free energy of these molecules on solid surfaces and bio-interfaces are shortly presented and external references for further reading are provided. Example molecules are the poly(amino acid) polytyrosine, the graft polymer PI-g-PS and the phospholipid POPE (1-palmitoyl-2-oleoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine). These molecules are desorbed from different surfaces like CH3-SAMs, hydrogen terminated diamond and supported lipid bilayers under various solvent conditions. Finally, the advantages of force spectroscopic single molecule experiments are discussed including means to decide if truly a single molecule has been studied in the experiment.

A protocol to couple a large variety of single molecules covalently onto an AFM tip is presented. Procedures and examples to determine the adhesion force and free energy of these molecules on solid supports and bio-interfaces are provided.

חוקר מולקולה בודדת הדבקה על ידי הכוח האטומי ספקטרוסקופיה

Atomic force spectroscopy is an ideal tool to study molecules at surfaces and interfaces. An experimental protocol to couple a large variety of single ...

Dynamic Pore-scale Reservoir-condition Imaging of Reaction in Carbonates Using Synchrotron Fast Tomography

Underground storage permanence is a major concern for carbon capture and storage. Pumping CO2 into carbonate reservoirs has the potential to dissolve geologic seals and allow CO2 to escape. However, the dissolution processes at reservoir conditions are poorly understood. Thus, time-resolved experiments are needed to observe and predict the nature and rate of dissolution at the pore scale. Synchrotron fast tomography is a method of taking high-resolution time-resolved images of complex pore structures much more quickly than traditional &#181;-CT. The Diamond Lightsource Pink Beam was used to dynamically image dissolution of limestone in the presence of CO2-saturated brine at reservoir conditions. 100 scans were taken at a 6.1 &#181;m resolution over a period of 2 hours. The images were segmented and the porosity and permeability were measured using image analysis and network extraction. Porosity increased uniformly along the length of the sample; however, the rate of increase of both porosity and permeability slowed at later times.

Synchrotron fast tomography was used to dynamically image dissolution of limestone in the presence of CO2-saturated brine at reservoir conditions. 100 scans were taken at a 6.1 &#181;m resolution over a period of 2 h.

Dynamic נקבובית בקנה מידה Reservoir-מצב הדמיה של ריאקציה קרבונטים שימוש טומוגרפיה Synchrotron מהיר

Underground storage permanence is a major concern for carbon capture and storage. Pumping CO2 into carbonate reservoirs has the potential to dissolve ...

Sub-nanometer Resolution Imaging with Amplitude-modulation Atomic Force Microscopy in Liquid

Atomic force microscopy (AFM) has become a well-established technique for nanoscale imaging of samples in air and in liquid. Recent studies have shown that when operated in amplitude-modulation (tapping) mode, atomic or molecular-level resolution images can be achieved over a wide range of soft and hard samples in liquid. In these situations, small oscillation amplitudes (SAM-AFM) enhance the resolution by exploiting the solvated liquid at the surface of the sample. Although the technique has been successfully applied across fields as diverse as materials science, biology and biophysics and surface chemistry, obtaining high-resolution images in liquid can still remain challenging for novice users. This is partly due to the large number of variables to control and optimize such as the choice of cantilever, the sample preparation, and the correct manipulation of the imaging parameters. Here, we present a protocol for achieving high-resolution images of hard and soft samples in fluid using SAM-AFM on a commercial instrument. Our goal is to provide a step-by-step practical guide to achieving high-resolution images, including the cleaning and preparation of the apparatus and the sample, the choice of cantilever and optimization of the imaging parameters. For each step, we explain the scientific rationale behind our choices to facilitate the adaptation of the methodology to every user's specific system.

We present a method for achieving sub-nanometer resolution images with amplitude-modulation (tapping mode) atomic force microscopy in liquid. The method is demonstrated on commercial atomic force microscopes. We explain the rationale behind our choices of parameters and suggest strategies for resolution optimization.

הדמיה ברזולוציה משנה ננומטר עם מיקרוסקופית כוח אטומי משרעת אפנון בנוזל

Atomic force microscopy (AFM) has become a well-established technique for nanoscale imaging of samples in air and in liquid. Recent studies have shown ...

An Efficient Method for Selective Desalination of Radioactive Iodine Anions by Using Gold Nanoparticles-Embedded Membrane Filter

Here, we demonstrate a detail protocol for the preparation of nanomaterials-embedded composite membranes and its application to the efficient and ion-selective removal of radioactive iodines. By using citrate-stabilized gold nanoparticles (mean diameter: 13 nm) and cellulose acetate membranes, gold nanoparticle-embedded cellulose acetate membranes (Au-CAM) have easily been fabricated. The nano-adsorbents on Au-CAM were highly stable in the presence of high concentration of inorganic salts and organic molecules. The iodide ions in aqueous solutions could rapidly be captured by this engineered membrane. Through a filtration process using an Au-CAM containing filter unit, excellent removal efficiency (&gt;99%) as well as ion-selective desalination result was achieved in a short time. Moreover, Au-CAM provided good reusability without significant decrease of its performances. These results suggested that the present technology using the engineered hybrid membrane will be a promising process for the large-scale decontamination of radioactive iodine from liquid wastes.

An efficient method for the rapid and ion-selective desalination of radioactive iodine in several aqueous solutions is described by using gold nanoparticles-immobilized cellulose acetate membrane filters.

שיטה יעילה לצורך התפלה סלקטיבי של יוד רדיואקטיבי אניונים באמצעות זהב חלקיקים-מוטבע ממברנה מסנן

Here, we demonstrate a detail protocol for the preparation of nanomaterials-embedded composite membranes and its application to the efficient and ...

Surface Mapping of Earth-like Exoplanets using Single Point Light Curves

Spatially resolving exoplanet features from single-point observations is essential for evaluating the potential habitability of exoplanets. The ultimate goal of this protocol is to determine whether these planetary worlds harbor geological features and/or climate systems. We present a method of extracting information from multi-wavelength single-point light curves and retrieving surface maps. It uses singular value decomposition (SVD) to separate sources that contribute to light curve variations and infer the existence of partially cloudy climate systems. Through analysis of the time series obtained from SVD, physical attributions of principal components (PCs) could be inferred without assumptions of any spectral properties. Combining with viewing geometry, it is feasible to reconstruct surface maps if one of the PCs are found to contain surface information. Degeneracy originated from convolution of the pixel geometry and spectrum information determines the quality of reconstructed surface maps, which requires the introduction of regularization. For the purpose of demonstrating the protocol, multi-wavelength light curves of Earth, which serves as a proxy exoplanet, are analyzed. Comparison between the results and the ground truth is presented to show the performance and limitation of the protocol. This work provides a benchmark for future generalization of exoplanet applications.

The protocol extracts information from light curves of exoplanets and constructs their surface maps. It uses light curves of Earth, which serves as a proxy exoplanet, to demonstrate the approach.

מיפוי פני השטח של אקסופלנטות דמויי כדור הארץ באמצעות עקומות אור בנקודה אחת

Spatially resolving exoplanet features from single-point observations is essential for evaluating the potential habitability of exoplanets. The ultimate ...

Optimizing Magnetic Force Microscopy Resolution and Sensitivity to Visualize Nanoscale Magnetic Domains

Magnetic force microscopy (MFM) enables mapping local magnetic fields across a sample surface with nanoscale resolution. To perform MFM, an atomic force microscopy (AFM) probe whose tip has been magnetized vertically (i.e., perpendicular to the probe cantilever) is oscillated at a fixed height above the sample surface. The resultant shifts in the oscillation phase or frequency, which are proportional to the magnitude and sign of the vertical magnetic force gradient at each pixel location, are then tracked and mapped. Although the spatial resolution and sensitivity of the technique increases with decreasing lift height above the surface, this seemingly straightforward path to improved MFM images is complicated by considerations such as minimizing topographical artifacts due to shorter range van der Waals forces, increasing the oscillation amplitude to further improve sensitivity, and the presence of surface contaminants (in particular water due to humidity under ambient conditions). In addition, due to the orientation of the probe's magnetic dipole moment, MFM is intrinsically more sensitive to samples with an out-of-plane magnetization vector. Here, high-resolution topographical and magnetic phase images of single and bicomponent nanomagnet artificial spin-ice (ASI) arrays obtained in an inert (argon) atmosphere glovebox with &lt;0.1 ppm O2 and H2O are reported. Optimization of lift height and drive amplitude for high resolution and sensitivity while simultaneously avoiding the introduction of topographical artifacts is discussed, and detection of the stray magnetic fields emanating from either end of the nanoscale bar magnets (~250 nm long and &lt;100 nm wide) aligned in the plane of the ASI sample surface is shown. Likewise, using the example of a Ni-Mn-Ga magnetic shape memory alloy (MSMA), MFM is demonstrated in an inert atmosphere with magnetic phase sensitivity capable of resolving a series of adjacent magnetic domains each ~200 nm wide.

Magnetic force microscopy (MFM) employs a vertically magnetized atomic force microscopy probe to measure sample topography and local magnetic field strength with nanoscale resolution. Optimizing MFM spatial resolution and sensitivity requires balancing decreasing lift height against increasing drive (oscillation) amplitude, and benefits from operating in an inert atmosphere glovebox.

אופטימיזציה של רזולוציה ורגישות מיקרוסקופית כוח מגנטי כדי להמחיש תחומים מגנטיים בקנה מידה ננומטרי

Magnetic force microscopy (MFM) enables mapping local magnetic fields across a sample surface with nanoscale resolution. To perform MFM, an atomic force ...

Atomic Force Microscopy Cantilever-Based Nanoindentation: Mechanical Property Measurements at the Nanoscale in Air and Fluid

An atomic force microscope (AFM) fundamentally measures the interaction between a nanoscale AFM probe tip and the sample surface. If the force applied by the probe tip and its contact area with the sample can be quantified, it is possible to determine the nanoscale mechanical properties (e.g., elastic or Young&#39;s modulus) of the surface being probed. A detailed procedure for performing quantitative AFM cantilever-based nanoindentation experiments is provided here, with representative examples of how the technique can be applied to determine the elastic moduli of a wide variety of sample types, ranging from kPa to GPa. These include live mesenchymal stem cells (MSCs) and nuclei in physiological buffer, resin-embedded dehydrated loblolly pine cross-sections, and Bakken shales of varying composition.
Additionally, AFM cantilever-based nanoindentation is used to probe the rupture strength (i.e., breakthrough force) of phospholipid bilayers. Important practical considerations such as method choice and development, probe selection and calibration, region of interest identification, sample heterogeneity, feature size and aspect ratio, tip wear, surface roughness, and data analysis and measurement statistics are discussed to aid proper implementation of the technique. Finally, co-localization of AFM-derived nanomechanical maps with electron microscopy techniques that provide additional information regarding elemental composition is demonstrated.

Quantifying the contact area and force applied by an atomic force microscope (AFM) probe tip to a sample surface enables nanoscale mechanical property determination. Best practices to implement AFM cantilever-based nanoindentation in air or fluid on soft and hard samples to measure elastic modulus or other nanomechanical properties are discussed.

מיקרוסקופ כוח אטומי ננו-הזחה מבוססת Cantilever: מדידות תכונות מכניות בקנה מידה ננומטרי באוויר ובנוזל

An atomic force microscope (AFM) fundamentally measures the interaction between a nanoscale AFM probe tip and the sample surface. If the force applied by ...

מערכי קנטיליבר פעילים מקבילים ב-AFMS כדי לאפשר בדיקות בתפוקה גבוהה

Active Probe Atomic Force Microscopy with Quattro-Parallel Cantilever Arrays for High-Throughput Large-Scale Sample Inspection

An Atomic Force Microscope&#160;(AFM) is&#160;a powerful and versatile tool for nanoscale surface studies to capture 3D topography images of samples. However, due to their limited imaging throughput, AFMs have not been widely adopted for large-scale inspection purposes. Researchers have developed high-speed AFM systems to record dynamic process videos in chemical and biological reactions at tens of frames per second, at the cost of a small imaging area of up to several square micrometers. In contrast, inspecting large-scale nanofabricated structures, such as semiconductor wafers, requires nanoscale spatial resolution imaging of a static sample over hundreds of square centimeters with high productivity. Conventional AFMs use a single passive cantilever probe with an optical beam deflection system, which can only collect one pixel at a time during AFM imaging, resulting in low imaging throughput. This work utilizes an array of active cantilevers with embedded piezoresistive sensors and thermomechanical actuators, which allows simultaneous multi-cantilever operation in parallel operation for increased imaging throughput. When combined with large-range nano-positioners and proper control algorithms, each cantilever can be individually controlled to capture multiple AFM images. With data-driven post-processing algorithms, the images can be stitched together, and defect detection can be performed by comparing them to the desired geometry. This paper introduces principles of the custom AFM using the active cantilever arrays, followed by a discussion on practical experiment considerations for inspection applications. Selected example images of silicon calibration grating, highly-oriented pyrolytic graphite, and extreme ultraviolet lithography masks are captured using an array of four active cantilevers (&#34;Quattro&#34;) with a 125 &#181;m tip separation distance. With more engineering integration, this high-throughput, large-scale imaging tool can provide 3D metrological data for extreme ultraviolet (EUV) masks, chemical mechanical planarization (CMP) inspection, failure analysis, displays, thin-film step measurements, roughness measurement dies, and laser-engraved dry gas seal grooves.

מחבר זרקור: מבוא למיקרוסקופ כוח אטומי של בדיקה פעילה עם מערכי קנטיליבר קוואטרו-מקביליים

Large-scale sample inspection with nanoscale resolution has a wide range of applications, especially for nanofabricated semiconductor wafers. Atomic force microscopes can be a great tool for this purpose, but are limited by their imaging speed. This work utilizes parallel active cantilever arrays in AFMs to enable high-throughput and large-scale inspections.

מיקרוסקופ כוח אטומי פעיל של בדיקה עם מערכי קנטיליבר קוואטרו-מקביליים לבדיקת דגימות בקנה מידה גדול בתפוקה גבוהה

An Atomic Force Microscope&#160;(AFM) is&#160;a powerful and versatile tool for nanoscale surface studies to capture 3D topography images of samples. ...