The authors sincerely thank the Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada, the Ontario Ministry of Research and Innovation, and the Canada Foundation for Innovation for funding this study.

유리와 문화 1. 준비 <ol><li> 이 실험을 진행하기 전에, 5 %의 양의 혈액 한천 (SBA) MRSA 성장에 대 한 번호판을 준비합니다. 37 ° C에서 24 시간 동안 SBA 판을 품어. 이 시간이 지나면, 단일, 잘 절연 식민지 액체 미디어에 이후의 예방 접종에 사용되는 존재해야한다. 2 개월 - 스토어 1 4 ° C에서 단일 콜로니와 SBA 판을 줄무늬. 참고 : 양의 혈액 한천 플레이트 (20) 사이에 들어있는 미리 만들어진 팩에 와서 - 제조 업체에 따라 25 판, 일반적으로 V 양의 피 / w 5 %의 추가와 트립신 간장 한천베이스로 구성되어 있습니다. </li><li> 1 % 포도당과 0.1 % NaCl로 보충 트립신 간장 국물 (TSB)의 500 mL로한다. 이 후, 수집이 유리 테스트 튜브를 청소합니다. 오토 클레이브 뚜껑 테스트 튜브를 사용할 수없는 경우, 모자로 알루미늄 호일을 사용합니다. 오토 클레이브 TSB 1 ML의 피펫 팁 상자와 함께 테스트 튜브입니다. </li><li> 바이오 안전성 캐비닛에서 또는 빵 근처버너 욕실, 피펫 이전에 5 ml의 멸균 시험관에 TSB를 멸균. 충분한 시간을 보장하기 위해주의는 TSB을 수 있도록 주어진 및 테스트 튜브는 실온으로 냉각되고있다. 이전에 줄무늬가 5 % SBA 판에서, 6 ml의 TSB 배지에 단일 콜로니를 접종. 하나는 MRSA를 포함하고, 제 2 테스트 튜브 불임을 보장하기 위해 음성 대조군으로 사용한다. </li><li> 접종 TSB 테스트 튜브를 타고 37 ° C에서 24 시간 동안 200 rpm에서 상호 인큐베이터에 배치합니다. 더 성장 제어 시험관에 발생하지해야하는 동안이 시간 후에는 미생물 성장 MRSA 시험관에서 명백하다. </li><li> 신선한 TSB의 6 ml의에 24 시간 문화와 피펫 1 mL를 취하여. 200rpm으로 6 시간 동안 37 ℃에서 배양한다. </li><li> 피펫 1.5 ml의 미세 원심 튜브에 6 시간 하위 문화 1 ㎖. 850 x g에서 3 분 동안 원심 분리기. 상층 액을 제거하고 탈 H 2 O의 1 ml의 펠렛을 다시 중단 원심 분리기, 반복, 다시 일시 중지합니다. </li></ol><ol><li> 스테인레스 스틸과 골드 AFM 샘플 디스크 (20mm 각각 10mm 직경)을 가지고 탈 H 2 O 5 ml의 각면을 청소 집게로 지배적 인 손에 샘플 디스크를 잡고 샘플 디스크의 각면에 5 mL를 피펫에 버금 딸림음 손을 사용합니다. 1 분 동안 초음파 처리 한 다음, 탈 H 2 O 20 ㎖를 넣은 비커에 양측 도시 샘플 디스크를 세척 한 후. </li><li> 초음파 사용 집게 후 비커에서 샘플 디스크를 제거합니다. 그들은 종이 타월에 페트리 접시의 가장자리에 60 ° 각도로 기울어 있도록 디스크를 넣습니다. 건조 디스크를 덮도록 페트리 접시 뚜껑을 사용한다. 디스크가 계속 진행하기 전에 완전히 건조 시키십시오. 8 시간 - 건조 시간 (4) 사이를 변화 할 수있다. </li><li> 일단 건조, 페트리 접시에 샘플 디스크를 배치하는 집게를 사용합니다. <ol><li> 선택적으로, (임의의 재료 샘플 디스크의 표면을 기능화예를 들면, 콜라겐, 히알루 론산,은 나노 입자 등)를 포함한다. </li><li> 이 실험을 위해, 도포하는 폴리 L 리신 기판 표면을 사용한다. 들면 폴리 -L- 리신 기능화 피펫 200 - 샘플 디스크에 (H 2 O)에서 0.1 % 폴리 -L- 리신의 400 μL, 및 페트리 접시를 실온에서 1 시간 동안 배양하자. </li><li> 1 시간 후, 샘플 디스크를 보유하고 탈 H 2 O의 1 ml로 씻어 집게를 사용 단계 2.2에 설명 된대로 종이 수건 건조 보자. </li></ol></li><li> 배 세척 다시 중단 세포를 가지고 200 판 - 생물 안전 캐비닛 내부 샘플 디스크에 400 μl를. 샘플 디스크가 폴리 -L- 리신으로 코팅되는 경우, 실온에서 0.5 시간 동안 배양한다. </li><li> 샘플 디스크 세포의 배양 후, 탈 H 2 O의 1 ml로 부드럽게 샘플 디스크를 씻어 디스크 이미징 전에 밤새 건조 시키십시오. </li></ol> 3. KPFM 이미징 참고 :이 실험을 위해,애질런트 5500 시리즈 ILM-AFM을 사용합니다. <ol><li> AFM을 시작하려면, AFM의 HEB와 MAC III 컨트롤러와 함께 컴퓨터 기기를 켭니다. 오픈 AFM 이미징 소프트웨어 (예를 들어, 애질런트 PicoView). 처음 ACAFM 또는 중 올바른 지정 간헐적 접촉 모드에서 이미징을위한 AFM에를 선택해야합니다. </li><li> 지배적 인 손에 AFM의 집게를 사용하고, 버금 딸림음 손으로 열고 스프링 클립 홀더를 잡고, 머리 조각에 KPFM 캔틸레버를 배치합니다. 취급 (적어도 5500 ILM-AFM)에이 단위로 AFM에 AFM 헤드 피스를 전송 X, Y 및 Z 스캔 지향성을 제어하는​​ 깨지기 쉬운 피에조 크리스탈 유닛을 포함하는 경우주의해야합니다. 참고 :이 경우에 사용 KPFM의 캔틸레버는 Mikromasch 도전 DPE 2.7 N / m의 80 kHz 및 스프링 상수의 평균 공진 주파수와 (저소음) 캔틸레버했다. 이러한 공진 주파수와 스프링 상수 캔틸레버 인해 사용의 용이성에 선정되었다.큰 스프링 상수 및 높은 공진 주파수를 갖는 캔틸레버 또한 이미징에 사용될 수있다. </li><li> 조심스럽게 AFM에 머리 부분을로드하고 (두 개의 와이어가 연결해야하는이 경우 : 레이저 광 무대 리프트 모터) 적절한 선을 연결합니다. </li><li> 캔틸레버의 팁에 레이저를 맞 춥니 다. 일부 장치는 쉽게 정렬 할 수있는 카메라 기능이 포함되어 있습니다. 카메라 기능이 AFM에 존재하지 않는다면, 다음 바와 같이, 캔틸레버 팁 상에 정렬 : <ol><li> 캔틸레버 칩 솟다 레이저를 이동 전면에서 후면 손잡이를 시계 방향으로 돌립니다. 레이저 칩 도달하면 차단됩니다 더 이상 볼 수 없습니다. 만 손잡이를 몇 번 돌립니다. </li><li> 레이저 스폿이 다시 나타날 때까지 시계 반대 방향으로 전후 노브를 돌립니다. 레이저는 칩의 가장자리에 지금이다. </li><li> 캔틸레버에 레이저의 위치를​​ 왼쪽에서 오른쪽으로 노브를 돌립니다. 레이저는 캔틸레버를 통과 그것은 사라지고 난을 다시 나타납니다N을 연속으로 빠르게. 레이저 스폿은 포토 다이오드 단위 나중에 앉을 것이다 젖빛 유리 커버에서 볼 수 있어야합니다. </li><li> 젖빛 유리에 자리가 없어 질 때까지 끝을 향해 캔틸레버 아래로 자리를 이동하는 반 시계 방향으로 전후 노브를 돌립니다. </li><li> 그냥 캔틸레버 팁에 앉아 있도록 레이저의 위치를​​ 지정하기 위해 약간 전후 손잡이를 시계 방향으로 돌립니다. 레이저 스폿은 젖빛 유리에 다시 나타납니다. 주 :이 다이빙 보드 캔틸레버 레이저 위치 결정 방법이다. 삼각형 캔틸레버, 배향 처리가 약간 다르다. </li></ol></li><li> 레이저가 정렬되면, AFM에 샘플을 부착 할 때 캔틸레버와 샘플 사이에 충분한 공간을 확보하기 위해 10 초 동안 &quot;열기&quot;위치에있는 스테이지 리프트 모터를 개최합니다. </li><li> KPFM 샘플 무대에 샘플을 놓습니다. 구리 와이어를 사용하여 샘​​플의 정전기를 제거하십시오. 샘플 단계에 AFM에서 해당 와이어를 연결합니다. 의 연결AFM에 다케. 대부분의 경우에 단계는 자석을 이용하여 제 위치에 유지된다. </li><li> AFM 소프트웨어에서, 조정은 캔틸레버 다음 샘플에 캔틸레버 끝의 접근을 시작한다. 안정화 시간 이하를 10msec로 설정되어 있는지 확인하고, 그 접근 속도는 선단의 손상을 방지하기 위하여는 2.0㎛ / 초를 초과하지 않는다. </li><li> 캔틸레버의 팁이 샘플 표면에 일단 촬상 윈도우 크기 및 최적 이미징 영역을 선택한다. 지형적 촬상 최적화되도록 캔틸레버 세트 포인트와 함께 I 및 P 이득을 최적화. <ol><li> 지형적 촬상 최적화되면 KPFM 모듈 켜 (FM 있거나, AM 모드 여기서, FM 모드를 사용한다). 그것은 KPFM 촬상 5 ㎛의 X는 5㎛ 촬상 창 바깥 매우 어려운 것을 주목해야한다. (- 0.05 라인 / 초 0.02) 또한, 최적의 KPFM 이미징, 느린 검색 속도와 512 X 512 해상도를 사용합니다. </li></ol></li><li> 10 % - FM-KPFM 설정에 대해 (설정을 ACAFM되지 않음), (5) 사이의 드라이브 %로 설정합니다. 캔틸레버 FR 설정2 kHz의 대역폭이 5 kHz로 - 1 사이 equency. 0.3 %로 FM-KPFM 설정에 I와 P 게인을 설정합니다. <ol><li> 신호 대역폭 및 I 및 샘플 표면 사이의 P 이득을 다릅니다. SP 영상을 최적화하기 위해, 상기 신호의 대역폭을 조정하고 P 및 I 이득은 최적의 이미지를 얻었다. 0.35 % - I와 P 이익의 권장 범위는 0.22에서 있습니다. </li></ol></li><li> 프로세스 및 SP는 데이터를 수집 후 화상 처리 소프트웨어를 사용하여 이미지를 KPFM 수집 분석한다. </li></ol>

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	<li>Seth, A. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vivo+modeling+of+biofilm-infected+wounds:+a+review.">In vivo modeling of biofilm-infected wounds: a review.</a> J. Surg. Research. 178 (1), 330-338 (2012).</li><li>Wolcott, R. D., Ehrlich, G. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biofilms+and+chronic+infections.">Biofilms and chronic infections.</a> JAMA. 299 (22), 2682-2684 (2008).</li><li>Hoiby, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+clinical+impact+of+bacterial+biofilms.">The clinical impact of bacterial biofilms.</a> Micro. Infect. 3 (2), 55-65 (2011).</li><li>Zhang, W., Hughes, J., Chen, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impacts+of+hematite+nanoparticle+exposure+on+biomechanical,+adhesive,+and+surface+electrical+properties+of+E.+coli+cells.">Impacts of hematite nanoparticle exposure on biomechanical, adhesive, and surface electrical properties of E. coli cells.</a> Appl. Environ. Microbiol. 78 (11), 3905-3915 (2012).</li><li>Lorite, G. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+physicochemical+properties+at+the+micro+and+nano+length+scales:+role+on+bacterial+adhesion+and+Xylella+fastidiosa+biofilm+development.">Surface physicochemical properties at the micro and nano length scales: role on bacterial adhesion and Xylella fastidiosa biofilm development.</a> PLoS One. 8 (9), (2013).</li><li>Lee, I., Chung, E., Kweon, H., Yiacoumi, S., Tsouris, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Scanning+surface+potential+microscopy+of+spore+adhesion+on+surfaces.">Scanning surface potential microscopy of spore adhesion on surfaces.</a> Coll. Surf. Biointer. 92, 271-276 (2012).</li><li>Tsai, C., Hung, H., Liu, C., Chen, Y., Pan, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Changes+in+plasma+membrane+surface+potential+of+PC12+cells+as+measured+by+Kelvin+probe+force+microscopy.">Changes in plasma membrane surface potential of PC12 cells as measured by Kelvin probe force microscopy.</a> PLoS One. 7 (4), (2012).</li><li>Jucker, B. A., Harms, H., Zehnder, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adhesion+of+the+positively+charged+bacterium+Strenotrophomonas+(Xanthomonas)+maltophilia+70401+to+glass+and+Teflon.">Adhesion of the positively charged bacterium Strenotrophomonas (Xanthomonas) maltophilia 70401 to glass and Teflon.</a> J. Bacteriology. 178 (18), 5472-5479 (1996).</li><li>Soon, R. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Different+surface+charge+of+colistin-susceptible+and+-resistant+Acinetobacter+baumannii+cells+measured+with+zeta+potential+as+a+function+of+growth+phase+and+colistin+treatment.">Different surface charge of colistin-susceptible and -resistant Acinetobacter baumannii cells measured with zeta potential as a function of growth phase and colistin treatment.</a> J. Anti. Chemo. 66, 126-133 (2011).</li><li>Tariq, M., Bruijs, C., Kok, J., Krom, B. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Link+between+culture+zeta+potential+homogeneity+and+Ebp+in+Enterococcus+faecalis.">Link between culture zeta potential homogeneity and Ebp in Enterococcus faecalis.</a> Appl. Environ. Microbiol. 78 (7), 2282-2288 (2012).</li><li>Ayala-Torres, C., Hernandez, N., Galeano, A., Novoa-Aponte, L., Soto, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Zeta+potential+as+a+measure+of+the+surface+charge+of+mycobacterial+cells.">Zeta potential as a measure of the surface charge of mycobacterial cells.</a> Ann Microbiol. , (2013).</li><li>Allison, D. P., Mortensen, N. P., Sullivan, C. J., Doktycz, M. J. <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+of+biological+samples.">Atomic force microscopy of biological samples.</a> Nanomed. Nanobiotech. 2 (6), 613-634 (2010).</li><li>Lindsay, S. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Scanning+tunneling+microscopy+and+atomic+force+microscopy+studies+of+biomaterials+at+a+liquid-solid+interface.">Scanning tunneling microscopy and atomic force microscopy studies of biomaterials at a liquid-solid interface.</a> J. Vac. Sci. Technol. 11 (4), 808-815 (1993).</li><li>Moores, B., Hane, F., Eng, L., Leonenko, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Kelvin+probe+force+microscopy+in+application+to+biomolecular+films:+frequency+modulation,+amplitude+modulation,+and+lift+mode.">Kelvin probe force microscopy in application to biomolecular films: frequency modulation, amplitude modulation, and lift mode.</a> Ultramicroscopy. 110 (6), 708-711 (2010).</li><li>Melitz, W., Shen, J., Kummel, A. C., Kelvin Lee, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=probe+force+microscopy+and+its+application.">probe force microscopy and its application.</a> Surf. Sci. Reports. 66 (1), 1-27 (2011).</li><li>Loppacher, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=FM+demodulated+Kelvin+probe+force+microscopy+for+surface+photovoltage+tracking.">FM demodulated Kelvin probe force microscopy for surface photovoltage tracking.</a> Nanotechnology. 16 (3), (2005).</li><li>Domanski, A. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Kelvin+probe+force+microscopy+in+nonpolar+liquids.">Kelvin probe force microscopy in nonpolar liquids.</a> Langmuir. 28 (39), 13892-13899 (2012).</li><li>Collins, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dual+harmonic+Kelvin+probe+force+microscopy+at+the+graphene-liquid+interface.">Dual harmonic Kelvin probe force microscopy at the graphene-liquid interface.</a> Appl. Phys. Letters. 104 (13), 133103 (2014).</li><li>Kobayashi, N., Asakawa, H., Fukuma, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanoscale+potential+measurements+in+liquid+by+frequency+modulation+atomic+force+microscopy.">Nanoscale potential measurements in liquid by frequency modulation atomic force microscopy.</a> Rev. Sci. Instru. 81, (2010).</li><li>Collins, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Probing+charge+screening+dynamics+and+electrochemical+processes+at+the+solid-liquid+interface+with+electrochemical+force+microscopy.">Probing charge screening dynamics and electrochemical processes at the solid-liquid interface with electrochemical force microscopy.</a> Nature Comm. 5, 2871 (2014).</li><li>Pastar, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interactions+of+methicillin+resistant+Staphylococcus+aureus+USA300+and+Pseudomonas+aeruginosa+in+polymicrobial+wound+infection.">Interactions of methicillin resistant Staphylococcus aureus USA300 and Pseudomonas aeruginosa in polymicrobial wound infection.</a> PLoS One. 8 (2), (2013).</li><li>Brien, D. J., Gould, I. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Does+vancomycin+have+a+future+in+the+treatment+of+skin+infections.">Does vancomycin have a future in the treatment of skin infections.</a> Cur. Opin. Infec. Diseas. 27 (2), 146-154 (2014).</li><li>Wang, P., Kinraide, T. B., Zhou, D., Kopittke, P. M., Peijnenburg, W. J. G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plasma+membrane+surface+potential:+dual+effects+upon+ion+uptake+and.">Plasma membrane surface potential: dual effects upon ion uptake and.</a> 155 (2), 808-820 (2011).</li><li>Gross, M., Cramton, S. E., Gotz, F., Peschel, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Key+role+of+teichoic+acid+net+charge+in+Staphylococcus+aureus+colonization+of+artificial+surfaces.">Key role of teichoic acid net charge in Staphylococcus aureus colonization of artificial surfaces.</a> Infect. Immun. 69 (5), 3423-3426 (2001).</li><li>Sinensky, A. M., Belcher, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Label-free+and+high-resolution+protein/DNA+nanoarray+analysis+using+Kelvin+probe+force+microscopy.">Label-free and high-resolution protein/DNA nanoarray analysis using Kelvin probe force microscopy.</a> Nat. Nanotechnol. 2, 653-659 (2007).</li><li>Park, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single-molecule+recognition+of+biomolecular+interaction+via+kelvin+probe+force+microscopy.">Single-molecule recognition of biomolecular interaction via kelvin probe force microscopy.</a> ACS Nano. 5 (9), 6981-6990 (2011).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

KPFM 표면 전기적인 데이터를 획득하기위한 신규 한 기술로서 채택되었다. 그것은 일반적으로 화학 전하 분포를 조사하기위한 방법으로 사용되었으며, 최근 마이크로 및 나노 비늘 생물학적 시스템의 연구에 적용되기 시작했다. 수집 된 데이터에서 우리는 미생물이 쉽게 심지어 정적 배양 3 시간 후, 스테인레스 스틸과 금 표면을 청소하는 연결을하지 않은 것으로 보입니다 것으로 나타났습니다. ...

바이오 필름이 제거에 완강히 저항하고 질병 전송 및 항생제 내성의 증가 속도로 이어질 수있는 장비 표면과 피부 상처에서 생산되는 바이오 필름은 의료 산업에 대한 문제를 제시한다. 첨부 biofilm 형성의 첫 단계와 가역성 1-3로 인해 가장 중요한 단계이다. 기판 표면 특성을 미생물에 부착 중요한 역할을한다. 이러한 표면 경도, 다공도, 조도 및 소수성과 같은 인자가 미생물 부착을 행하도록 도시되​​었다; 그러나, 미생물의 부착 기판 표면 전위 (SP)의 역할을 조사 연구는 거의 4,5 행해졌 다. 음으로 대전 된 표면은 운모, 실리콘, 및 금 6 바실러스 투 린지 엔시스 포자의 부착을 방지 할 수 있습니다. 세포막 전위의 변화는 세포 부착과 운동성 5,7의 변화를 나타낸다. 그것은 전기 동음 것으로 확인되었습니다ogeneous 표면은 더 쉽게 미생물 부착 5를 촉진한다. 나노 스케일에서 박테리아의 표면 전위를 특성화하는 항 생물 연료 전략의 개발에 도움이 될 수있다하여 각종 세균의 표면에 부착 동역학을 이해하는 신규 한 방법을 제공하고있다. 이러한 전기 영동 광 산란, 제타 전위 및 등전점 결정 박테리아의 전기 역학을 특성화에 사용되는 다른 방법과는 달리, 켈빈 프로브 현미경 (KPFM)는 각각의 세포 대신 전체 문화 8-11의 시험을 허용한다. 셀 - 셀 비교하거나 높은 정확도 및 정밀도와 전기적 특성을 생물막하고자 할 때 유용하다. KPFM은 원자력 현미경 (AFM)의 모듈이다. AFM은 스캐닝 터널링 현미경 (STM) (12)의 직접적인 결과로서 개발되었다. STM을 사용하여 첫 번째 게시 된 이미지 1982 년 12 게르트 Binnig와 하인리히 Rorhrer에 의해 수행되었다 </suP&gt;. 이들의 발명은 공기에 전도성 표면에 날카로운 전도성 팁을 스캔 래스터에 의해 원자 구조를 해결 할 수 있었다. 화상 신속 건조 DNA, 단백질 샘플 및 바이러스 12 STM을 사용하려고 생물학 여기 고해상도 이미지를 달성 의미. STM은 전문 프로브 팁 (13)를 사용하여 액체에서 수행 할 수 있습니다. 이 린제이 등., 금 전극 (13)에, 10 mM의 HClO 4 물에 이미지 DNA 분자 STM과 AFM을 사용하여 표시 하였다. KPFM 리간드 (26)와 DNA 및 단백질 분석 (25)와 생체 분자 상호 작용의 표면 전위를 결정 증명되었다. KPFM는 AFM 도전 캔틸레버 팁과 이상적으로 도전 샘플 사이의 접촉 전위차 (CPD)를 측정하여 14, 15 (, 내가 그림 1)를 운영하고 있습니다. 샘플은 반드시 도전 (즉, 생물학적 SAMPL 될 필요가 없습니다ES). 이미징 운모, 유리, 및 긴 비 - 전도성 표면이 얇고 -6,7- 밑바탕 도전 재료가 실리콘 표면으로 (비 도통)에서 수행 될 수있다. CPD는 표면 전위와 동등한 전압과 음의 전자 전하로 나눈 팁 (팁 φ) 및 샘플 (샘플 φ) 간의 일 함수의 차이로서 설명 될 수있다 (- E). 도전성 AFM 팁이 샘플 표면에 근접하게되면 때문에 페르미 에너지에서의 차이 (도 1, II, a) (15)에 정전 기적 ​​힘 (F의 ES)가 생성된다 (거리 (d)에 의해 분리). 이 시점에서, 팁 및 샘플 (E의 V)의 진공 에너지 평형으로 정렬된다. 가까운 시료 표면에 팁을 가져시, 팁과 시료 표면은 평행 판 커패시터 (도 1, II, B 등의 전기 접점과 행위에 와서 </strong&gt;) (14, 15). 이때, 팁과 시료 표면의 페르미 에너지는 정상 상태 평형에 도달 정렬 될 (도 1, II, b). 팁과 시료 표면으로 인해 E의 V의 작업 기능의 차이로 청구됩니다 및 V의 CPD가 형성됩니다. 인해 형성된 V의 CPD에 전기 콘택트 영역에서 F ES가 작용한다. 이 힘은 이후에 (도 1, II, c) 형성된 V의 CPD와 동일한 크기를 갖는 선단에 외부의 DC V의인가를 통해 무효화된다. 이는 DC 전압이 전기 접점의 영역에서 표면 전하를 제거 도포하고, V의 CPD의 F의 ES를 제거하는 데 필요한 V DC의 양은 SA 간의 일 함수의 차이와 같다mple 표면과 팁 (15). 이것은 팁의 일 함수가 공지되어 있고, 그것은 제조자에 의해 제공된다는 것을 주목해야한다. KPFM 모든 방법에서, AC 전압 (V AC, 약 100-500 MV)는 또한 팁과 시료 (14) 사이의 진동 전기력을 발생하기 위해 팁에인가된다. V의 CPD 및 / 또는 F 말이지의 변화를 측정 할 때 더 나은 해상도를 제공합니다. 이와 관련하여, 주파수 또는 전기적 진동의 진폭의 변화는 V DC에 의해 보정하고, 전위 맵을 생성 할 수있는 표면 일 수있다. 이지도의 특정 영역의 데이터는 상기 특정 지형은 대한 전기적 정보를 제공하도록 분석 될 수있다. (1) 리프트 모드, (2), 진폭 변조 (AM) 모드, 및 (3)의 주파수 변조 (FM) 모드 14,16 : KPFM 세 가지 모드에서 동작 할 수있다. 리프트 모드 초기 INC이었다KPFM의 arnation. 리프트 모드 발진 팁 지형 화상을 얻을 표면을 가로 질러 드래그하는 두 단계 방법에 의존한다. 두 번째 패스 팁을위한 샘플 상기 미리 설정된 거리 상승 (10-100 나노 미터) 다시 같은 지역에서 검색합니다. 때문에 AM- 및 FM-KPFM에 비해이 두 단계 방법, 리프트 모드로, 이미지 수집에 대한 가장 긴 시간이 소요됩니다. 멀리 표면으로부터 팁을 올리면 만 장거리 F 말이지 측정되는 것을 보장한다. 또한, 지형과 표면 전위 측정 사이의 크로스 토크가 증가 측면 해상도와 감도의 비용으로 분리된다. AM-KPFM 동시에 샘플 지형 및 표면 전위 (일회 주사) (14)를 측정하기 위해 듀얼 주파수를 이용하여 가로 해상도와 감도를 향상시킨다. AM 모드에서, 캔틸레버를 기계적 통상 5 %의 제 1 공진 주파수 이하, 발진 (F 0), 전기적 진동 (t두 번째 공진 주파수 (F 1)에서 V AC) hrough. F에 의한 ES 및 V의 변화에 CPD F (1)의 진폭의 변화는, 표면 전위의 측정 데이터를 제공하면서 지형 데이터의 생성 F 0 리드의 진폭의 변화. F 0과 캔틸레버의 F 하나는 크로스 토크가 최소화된다 (14) 신호 및 상당한 주파수 에너지에 의해 분리된다. AFM의 머리 전자 상자 (HEB)는 모두 지형을 제공하고 한 번의 스캔에서 동시에 잠재적 인 데이터를 표면에 두 개의 신호를 분리한다. FM-KPFM 생물학적 표면 (14)에 해상도도 더 이상 AM-KPFM을 향상시킨다. FM-KPFM는 정전기력 구배가 아닌 정전기 힘 (F 말이지) (15)의 변화를 측정하는 것을에서 AM-KPFM 다르게 작동합니다. AM 모드와 마찬가지로, FM 모드는 듀얼 주파수와 자장을 이용하여전자 통과 주사기구는 지형적 구하는 동시에 잠재적 인 데이터 (14)를 표면. FM 모드에서 외팔보 기계적 F 0으로 진동 전기적 낮은 주파수에서 발진하는 수정 (MOD F 전형적 1-5 kHz로). 정전 기적 ​​상호 작용시, 0와 f 모드 믹스 f를 0 ± F 형 모드 F 측 대역을 생성한다. 이러한 측 파대 정전기력의 변화에 매우 민감하고, AFM의 HEB 통해 F 0으로부터 분리 될 수있다. FM-KPFM는 정전기력 구배의 변화를 측정하기 때문에, 팁 선단 형상 및 그 유지 보수 / 무결성. 전체 표면 전위 해상도 (14), (15)에서 중요한 역할을 AM을 사용하여 잠재적 인 해상도를 표면 및 FM 모드는 횡 방향으로 1 nm 범위의 14 아르 -16. 그것은 KPFM 촬상에가 (비 - 극성 액체에서 수행 될 수 있고, 최근에, 저 이온 (&lt;10 mM)을 극성 액체에서 수행되는 것으로 도시되어 있음을 주목해야한다그러한 한 MilliQ 물로서 DC 바이어스의인가를 미연에 방지, 바이어스 피드백을 필요로하지 않는 개방 루프 KPFM 모드); 그러나, KPFM 영상은 아직 극성 솔루션 17-20에서 살아있는 세포에서 수행되어야한다. 액체에 SP 영상과 관련된 추가 과제 솔루션은 일반적으로 유지하는 세포에 사용되는 (즉, 인산염 완충 생리 식염수) 패러데이 반응, 바이어스 유도 충전 역학, 이온 확산 / 재배포 (20)로 이어질 것 모바일 이온의 높은 농도를 가지고있다. 따라서,이 실험에서, 측정은 주위 조건 하에서 폴리 -L- 라이신 관능 스테인리스 스틸 및 금 표면 상에 건조시키고, MRSA 죽은 세포로부터 취해졌다. 이미지는 이전에 건조 또는 표면 (20)에 고정 된 생체 시료에 공기 또는 진공 상태에서 수행 할 수있다. 습한 환경은 표면 (6)의 촬상 KPFM에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 이 연구에서는 FM-KPFM 고용AFM은 및 폴리 -L- 라이신 관능 스테인리스 금 표면에 메티 실린 내성 황색 포도상 구균 USA100 (MRSA)의 부착에 SP의 역할을 조사한다. MRSA는 최근 인해 다수의 β - 락탐 항생제와 세 팔로 스포린 (21)에 자사의 자연 선택 저항에 다제 내성 (MDR) &quot;슈퍼 벌레&quot;등의 상태를 얻고있다. MRSA 감염은 반코마이신 또는 장기간 치료 (22)로서 사용될 수 없다 따라서 인간에서 높은 독성 수준을 가지며, 옥사 졸리 디논 등의 가혹한 항균제의 사용에 이르는 지금 치료하기 더 어려운 곤란하고 강력하다. 스테인레스 스틸은 자사의 의료 관련성과 골드 비교 금속으로 사용되었다 등 피하 주사 바늘, bedpans, 문 손잡이, 싱크대,의 재료로 많이 사용으로 인해 선택되었다. FM-KPFM 미생물 막 SP가 기판에 부착시 변경되는 경우 검사를 사용 하였다.

<table><tbody><tr><td>5500ILM Atomic Force Microscope</td><td>Agilent Technologies</td><td>#N9435S</td><td></td></tr><tr><td>AFM/STM Metal Specimen Discs</td><td>TED PELLA, INC.</td><td>#16219</td><td>Stainless steel sample discs</td></tr><tr><td>DPE (Low-Noise) Conductive SPM Probes</td><td>Mikromasch</td><td>#HQ:DPE-XSC11</td><td>There are 4 Pt-coated cantilevers per chip. We utilized cantilever B for experiments.</td></tr><tr><td>PELCO Gold Coated AFM/STM Metal Specimen Discs</td><td>TED PELLA, INC.</td><td>#16218-G</td><td>Gold sample discs</td></tr><tr><td>PicoView Software</td><td>Agilent Technologies</td><td>#N9797B</td><td>5500ILM Atomic Force Microscope imaging software</td></tr><tr><td>Pico Image Software (Pico Image Basic)</td><td>Agilent Technologies</td><td>#N9797AU-1FP</td><td>5500 ILM Atomic Force Microscope post-image processing software</td></tr><tr><td>Scilogex D3024 High Speed Micro-Centrifuge</td><td>Thomas Scientific</td><td>#91201513</td><td>Centrifuge used in cell-washing steps to separate cells (pellet) from media</td></tr><tr><td>Trypticase Soy Agar with 5% Sheep Blood</td><td>BD</td><td>#221261</td><td>Pre-made plates</td></tr><tr><td>Tryptic Soy Broth</td><td>BD</td><td>#257107</td><td>Comes as a dry powder. Instruction on how to make come on the container.</td></tr></tbody></table>

surface potential measurement of bacteria using kelvin probe force microscopy

표면 전위는 기판 표면 위해 미생물의 밀착성 지배적 역할을 간과 물리적 특성이다. 켈빈 프로브 현미경 (KPFM)는 나노 스케일에서 표면 사이의 접촉 전위차를 측정하는 원자 힘 현미경 (AFM)의 모듈이다. AFM KPFM와의 조합은, 표면 전위와 같은 박테리아 세포와 같은 생물학적 샘플의 지형도의 동시 생성을 허용한다. 여기서, 우리는 스테인레스 스틸과 같은 의학적으로 중요한 금 표면에 부착 미생물 표면 전위의 영향을 조사하기 KPFM를 이용한다. 표면 잠재적 인지도는 다른 재료 기판에 미생물 막에 대한 표면 전위의 차이를 한 것으로 밝혀졌습니다. 스텝 높이 그래프는 기판 표면과 미생물 사이의 경계 부분에서의 표면 전위의 차이를 표시하기 위해 생성 하였다. 세포막 표면 전위의 변화는 변화와 연결되어있다세포 대사 및 운동성의. 따라서 KPFM 각종 기재 표면에 접착시 미생물 막 표면 전위의 변화를 조사하기 위해 사용될 수있는 강력한 도구를 나타낸다. 본 연구에서, 우리는를 사용 KPFM 스테인리스 스틸 및 골드 개별 메티 실린 내성 황색 포도상 구균 USA100 세포의 표면 전위를 특성화하는 과정을 보여준다.

KPFM를 이용하여 SP를 측정하는 능력은 시료 표면과 캔틸레버 팁 모두 어느 정도 도전성 있다는 원리에 의존한다. 스테인레스 스틸과 골드는 MRSA가 부착 된에 전도성 표면을 행동했다. KPFM 이미지는 512 X 512 해상도 양면에 15 MRSA 세포의 촬영, 5 × 5 μm의 10 × 10 μm의 범위 스캔 영역으로 하였다. 스캔 라인은 0.02 / 초 내지 0.05 줄 / 초의 범위의 선 속도로 행했다. 512 데이터 포인트는 스캔 라인과 512 라인...

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Surface Potential Measurement of Bacteria Using Kelvin Probe Force Microscopy

Here, we present a protocol explaining the use of Kelvin probe force microscopy as a tool for generating high resolution nano-scale surface potential maps. This tool was applied to assess the role of surface potential on the binding capacity of microorganisms to substrate surfaces.

켈빈 프로브 힘 현미경을 사용하여 박테리아의 표면 전위 측정

Surface potential is a commonly overlooked physical characteristic that plays a dominant role in the adhesion of microorganisms to substrate surfaces. ...

surface-potential-measurement-bacteria-using-kelvin-probe-force

Research

JoVE Journal

Bioengineering

21.7K 조회수.  University of Guelph. Here, we present a protocol explaining the use of Kelvin probe force microscopy as a tool for generating high resolution nano-scale surface potential maps. This tool was applied to assess the role of surface potential on the binding capacity of microorganisms to substrate surfaces. 

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Bacterial Immobilization for Imaging by Atomic Force Microscopy

AFM is a high-resolution (nm scale) imaging tool that mechanically probes a surface. It has the ability to image cells and biomolecules, in a liquid environment, without the need to chemically treat the sample. In order to accomplish this goal, the sample must sufficiently adhere to the mounting surface to prevent removal by forces exerted by the scanning AFM cantilever tip. In many instances, successful imaging depends on immobilization of the sample to the mounting surface. Optimally, immobilization should be minimally invasive to the sample such that metabolic processes and functional attributes are not compromised. By coating freshly cleaved mica surfaces with porcine (pig) gelatin, negatively charged bacteria can be immobilized on the surface and imaged in liquid by AFM. Immobilization of bacterial cells on gelatin-coated mica is most likely due to electrostatic interaction between the negatively charged bacteria and the positively charged gelatin. Several factors can interfere with bacterial immobilization, including chemical constituents of the liquid in which the bacteria are suspended, the incubation time of the bacteria on the gelatin coated mica, surface characteristics of the bacterial strain and the medium in which the bacteria are imaged. Overall, the use of gelatin-coated mica is found to be generally applicable for imaging microbial cells.

Live Gram-negative and Gram-positive bacteria can be immobilized on gelatin-coated mica and imaged in liquid using Atomic Force Microscopy (AFM).

원자 힘 현미경에 의해 영상에 대한 세균 고정

AFM is a high-resolution (nm scale) imaging tool that mechanically probes a surface.  It has the ability to image cells and biomolecules, in a liquid ...

연구

생체공학

Scanning-probe Single-electron Capacitance Spectroscopy

The integration of low-temperature scanning-probe techniques and single-electron capacitance spectroscopy represents a powerful tool to study the electronic quantum structure of small systems - including individual atomic dopants in semiconductors. Here we present a capacitance-based method, known as Subsurface Charge Accumulation (SCA) imaging, which is capable of resolving single-electron charging while achieving sufficient spatial resolution to image individual atomic dopants. The use of a capacitance technique enables observation of subsurface features, such as dopants buried many nanometers beneath the surface of a semiconductor material1,2,3. In principle, this technique can be applied to any system to resolve electron motion below an insulating surface.
As in other electric-field-sensitive scanned-probe techniques4, the lateral spatial resolution of the measurement depends in part on the radius of curvature of the probe tip. Using tips with a small radius of curvature can enable spatial resolution of a few tens of nanometers. This fine spatial resolution allows investigations of small numbers (down to one) of subsurface dopants1,2. The charge resolution depends greatly on the sensitivity of the charge detection circuitry; using high electron mobility transistors (HEMT) in such circuits at cryogenic temperatures enables a sensitivity of approximately 0.01 electrons/Hz&frac12; at 0.3 K 5.

Scanning-probe single-electron capacitance spectroscopy facilitates the study of single-electron motion in localized subsurface regions. A sensitive charge-detection circuit is incorporated into a cryogenic scanning probe microscope to investigate small systems of dopant atoms beneath the surface of semiconductor samples.

스캐닝 프로브 단일 전자 용량 분광학

The integration of low-temperature scanning-probe techniques and single-electron capacitance spectroscopy represents a powerful tool to study the ...

공학

Adherence of Bacteria to Plant Surfaces Measured in the Laboratory

This manuscript describes a method to measure bacterial binding to axenic plant surfaces in the light microscope and through the use of viable cell counts. Plant materials used include roots, sprouts, leaves, and cut fruits. The methods described are inexpensive, easy, and suitable for small sample sizes. Binding is measured in the laboratory and a variety of incubation media and conditions can be used. The effect of inhibitors can be determined. Situations that promote and inhibit binding can also be assessed. In some cases it is possible to distinguish whether various conditions alter binding primarily due to their effects on the plant or on the bacteria.

An easy method for measuring and characterizing bacterial adhesion to plants, particularly roots and sprouts, is described in this article.

공장 실험실에서 측정 하는 표면에 박테리아의 부착

This manuscript describes a method to measure bacterial binding to axenic plant surfaces in the light microscope and through the use of viable cell ...

환경과학

Remote Magnetic Actuation of Micrometric Probes for in situ 3D Mapping of Bacterial Biofilm Physical Properties

Bacterial adhesion and growth on interfaces lead to the formation of three-dimensional heterogeneous structures so-called biofilms. The cells dwelling in these structures are held together by physical interactions mediated by a network of extracellular polymeric substances. Bacterial biofilms impact many human activities and the understanding of their properties is crucial for a better control of their development &#8212; maintenance or eradication &#8212; depending on their adverse or beneficial outcome. This paper describes a novel methodology aiming to measure in situ the local physical properties of the biofilm that had been, until now, examined only from a macroscopic and homogeneous material perspective. The experiment described here&#160;involves introducing magnetic particles into a growing biofilm to seed local probes that can be remotely actuated without disturbing the structural properties of the biofilm. Dedicated magnetic tweezers were developed to exert a defined force on each particle embedded in the biofilm. The setup is mounted on the stage of a microscope to enable the&#160;recording of time-lapse images of the particle-pulling period. The particle trajectories are then extracted from the pulling sequence and the local viscoelastic parameters are derived from each particle displacement curve, thereby providing the 3D-spatial distribution of the parameters. Gaining insights into the biofilm mechanical profile is essential from an engineer&#39;s point of view for biofilm control purposes but also from a fundamental perspective to clarify the relationship between the architectural properties and the specific biology of these structures.

Remote Magnetic Actuation of Micrometric Probes for in situ 3D Mapping of Bacterial Biofilm Physical Properties

This paper shows an original methodology based on the remote actuation of magnetic particles seeded in a bacterial biofilm and the development of dedicated magnetic tweezers to measure in situ the local mechanical properties of the complex living material built by micro-organisms at interfaces.

에 대한 마이크로 미터 프로브의 원격 자기 발동<em&gt; 현장에서</em세균 바이오 필름 물성&gt; 3D 매핑

Bacterial adhesion and growth on interfaces lead to the formation of three-dimensional heterogeneous structures so-called biofilms. The cells dwelling in ...

Fluorescence Biomembrane Force Probe: Concurrent Quantitation of Receptor-ligand Kinetics and Binding-induced Intracellular Signaling on a Single Cell

Membrane receptor-ligand interactions mediate many cellular functions. Binding kinetics and downstream signaling triggered by these molecular interactions are likely affected by the mechanical environment in which binding and signaling take place. A recent study demonstrated that mechanical force can regulate antigen recognition by and triggering of the T-cell receptor (TCR). This was made possible by a new technology we developed and termed fluorescence biomembrane force probe (fBFP), which combines single-molecule force spectroscopy with fluorescence microscopy. Using an ultra-soft human red blood cell as the sensitive force sensor, a high-speed camera and real-time imaging tracking techniques, the fBFP is of ~1 pN (10-12 N), ~3 nm and ~0.5 msec in force, spatial and temporal resolution. With the fBFP, one can precisely measure single receptor-ligand binding kinetics under force regulation and simultaneously image binding-triggered intracellular calcium signaling on a single live cell. This new technology can be used to study other membrane receptor-ligand interaction and signaling in other cells under mechanical regulation.

We describe a technique for concurrently measuring force-regulated single receptor-ligand binding kinetics and real-time imaging of calcium signaling in a single T lymphocyte.

형광 생체막 포스 프로브 : 하나의 세포에서 수용체 - 리간드 속도론의 동시 정량 및 바인딩에 의한 세포 내 신호

Membrane receptor-ligand interactions mediate many cellular functions. Binding kinetics and downstream signaling triggered by these molecular interactions ...

Atomic Force Microscopy Combined with Infrared Spectroscopy as a Tool to Probe Single Bacterium Chemistry

Atomic Force Microscopy-Infrared Spectroscopy (AFM-IR) is a novel combinatory technique, enabling simultaneous characterization of physical properties and chemical composition of sample with nanoscale resolution. By combining AFM with IR, the spatial resolution limitation of conventional IR is overcome, enabling a resolution of 20&#8211;100 nm to be achieved. This opens the door for a broad array of new applications of IR toward probing samples smaller than several micrometers, previously unachievable by means of conventional IR microscopy. AFM-IR is eminently suited for bacterial research, providing both spectral and spatial information at the single cell and intracellular level. The increasing global health concerns and unfavorable future prediction regarding bacterial infections, and especially, rapid development of antimicrobial resistance, has created an urgent need for a research tool capable of phenotypic probing at the single cell and subcellular level. AFM-IR offers the potential to address this need, by enabling detail characterization of chemical composition of a single bacterium. Here, we provide a complete protocol for sample preparation and data acquisition of single spectra and mapping modality, for the application of AFM-IR toward bacterial studies.

Atomic Force Microscopy-Infrared Spectroscopy (AFM-IR) provides a powerful platform for bacterial studies, enabling to achieve nanoscale resolution. Both, mapping of subcellular changes (e.g., upon cell division) as well as comparative studies of chemical composition (e.g., arising from drug resistance) can be conducted at a single cell level in bacteria.

원자력 현미경 검사법은 단일 박테리아 화학을 조사하는 도구로 적외선 분광법과 결합

Atomic Force Microscopy-Infrared Spectroscopy (AFM-IR) is a novel combinatory technique, enabling simultaneous characterization of physical properties and ...

화학

Co-localizing Kelvin Probe Force Microscopy with Other Microscopies and Spectroscopies: Selected Applications in Corrosion Characterization of Alloys

Kelvin probe force microscopy (KPFM), sometimes referred to as surface potential microscopy, is the nanoscale version of the venerable scanning Kelvin probe, both of which measure the Volta potential difference (VPD) between an oscillating probe tip and a sample surface by applying a nulling voltage equal in magnitude but opposite in sign to the tip-sample potential difference. By scanning a conductive KPFM probe over a sample surface, nanoscale variations in surface topography and potential can be mapped, identifying likely anodic and cathodic regions, as well as quantifying the inherent material driving force for galvanic corrosion.
Subsequent co-localization of KPFM Volta potential maps with advanced scanning electron microscopy (SEM) techniques, including back scattered electron (BSE) images, energy dispersive spectroscopy (EDS) elemental composition maps, and electron backscattered diffraction (EBSD) inverse pole figures can provide further insight into structure-property-performance relationships. Here, the results of several studies co-localizing KPFM with SEM on a wide variety of alloys of technological interest are presented, demonstrating the utility of combining these techniques at the nanoscale to elucidate corrosion initiation and propagation.
Important points to consider and potential pitfalls to avoid in such investigations are also highlighted: in particular, probe calibration and the potential confounding effects on the measured VPDs of the testing environment and sample surface, including ambient humidity (i.e., adsorbed water), surface reactions/oxidation, and polishing debris or other contaminants. Additionally, an example is provided of co-localizing a third technique, scanning confocal Raman microscopy, to demonstrate the general applicability and utility of the co-localization method to provide further structural insight beyond that afforded by electron microscopy-based techniques.

Kelvin probe force microscopy (KPFM) measures surface topography and differences in surface potential, while scanning electron microscopy (SEM) and associated spectroscopies can elucidate surface morphology, composition, crystallinity, and crystallographic orientation. Accordingly, the co-localization of SEM with KPFM can provide insight into the effects of nanoscale composition and surface structure on corrosion.

켈빈 프로브 힘 현미경을 다른 현미경 및 분광학과 공동 위치 파악: 합금의 부식 특성화에서 선택된 응용 분야

Kelvin probe force microscopy (KPFM), sometimes referred to as surface potential microscopy, is the nanoscale version of the venerable scanning Kelvin ...

Automation of Bio-Atomic Force Microscope Measurements on Hundreds of C. albicans Cells

The method presented in this paper aims to automate Bio-AFM experiments and the recording of force curves. Using this method, it is possible to record forces curves on 1000 cells in 4 hours automatically. To maintain a 4 hour analysis time, the number of force curves per cell is reduced to 9 or 16. The method combines a Jython based program and a strategy for assembling cells on defined patterns. The program, implemented on a commercial Bio-AFM, can center the tip on the first cell of the array and then move, automatically, from cell to cell while recording force curves on each cell. Using this methodology, it is possible to access the biophysical parameters of the cells such as their rigidity, their adhesive properties, etc. With the automation and the large number of cells analyzed, one can access the behavior of the cell population. This is a breakthrough in the Bio-AFM field where data have, so far, been recorded on only a few tens of cells.

Automation of Bio-Atomic Force Microscope Measurements on Hundreds of C. albicans Cells

This protocol aims to automate AFM measurements on hundreds of microbial cells. First, microbes are immobilized into PDMS stamp microstructures and then force spectroscopy measurements are performed automatically on hundreds of immobilized cells.

수백 개의 알비칸스 세포에 대한 생체 원자력 현미경 측정 자동화

The method presented in this paper aims to automate Bio-AFM experiments and the recording of force curves. Using this method, it is possible to record ...

Protrusion Force Microscopy: A Method to Quantify Forces Developed by Cell Protrusions

In numerous biological contexts, animal cells need to interact physically with their environment by developing mechanical forces. Among these, traction forces have been well-characterized, but there is a lack of techniques allowing the measurement of the protrusion forces exerted by cells orthogonally to their substrate. We designed an experimental setup to measure the protrusion forces exerted by adherent cells on their substrate. Cells plated on a compliant Formvar sheet deform this substrate and the resulting topography is mapped by atomic force microscopy (AFM) at the nanometer scale. Force values are then extracted from an analysis of the deformation profile based on the geometry of the protrusive cellular structures. Hence, the forces exerted by the individual protruding units of a living cell can be measured over time. This technique will enable the study of force generation and its regulation in the many cellular processes involving protrusion. Here, we describe its application to measure the protrusive forces generated by podosomes formed by human macrophages.

Here, we detail the experimental techniques used to evaluate the protrusion forces that podosomes apply on a compliant film, from the preparation of the film to the automated analysis of topographical images.

돌출 힘 현미경 검사 법: 셀 돌출에 의해 개발 된 세력을 계량 하는 방법

In numerous biological contexts, animal cells need to interact physically with their environment by developing mechanical forces. Among these, traction ...

생물학

Contact Mode Atomic Force Microscopy as a Rapid Technique for Morphological Observation and Bacterial Cell Damage Analysis

Electron microscopy is one of the tools required to characterize cellular structures. However, the procedure is complicated and expensive due to the sample preparation for observation. Atomic force microscopy (AFM) is a very useful characterization technique due to its high resolution in three dimensions and because of the absence of any requirement for vacuum and sample conductivity. AFM can image a wide variety of samples with different topographies and different types of materials. 
AFM provides high-resolution 3D topography information from the angstrom level to the micron scale. Unlike traditional microscopy, AFM uses a probe to generate an image of the surface topography of a sample. In this protocol, the use of this type of microscopy is suggested for the morphological and cell damage characterization of bacteria fixed on a support. Strains of Staphylococcus aureus (ATCC 25923), Escherichia coli (ATCC 25922), and Pseudomonas hunanensis (isolated from garlic bulb samples) were used. In this work, bacterial cells were grown in specific culture media. To observe cell damage, Staphylococcus aureus and Escherichia coli were incubated with different concentrations of nanoparticles (NPs). 
A drop of bacterial suspension was fixed on a glass support, and images were taken with AFM at different scales. The images obtained showed the morphological characteristics of the bacteria. Further, employing AFM, it was possible to observe the damage to the cellular structure caused by the effect of NPs. Based on the images obtained, contact AFM can be used to characterize the morphology of bacterial cells fixed on a support. AFM is also a suitable tool for the investigation of the effects of NPs on bacteria. Compared to electron microscopy, AFM is an inexpensive and easy-to-use technique.

Here, we present the application of atomic force microscopy (AFM) as a simple and fast method for bacterial characterization and analyze details such as the bacterial size and shape, bacterial culture biofilms, and the activity of nanoparticles as bactericides.

접촉 모드 형태학적 관찰 및 박테리아 세포 손상 분석을 위한 신속한 기술로서의 원자력 현미경

Electron microscopy is one of the tools required to characterize cellular structures. However, the procedure is complicated and expensive due to the ...