Name: Auteur Spotlight: Ontwikkeling van bio-hybride AFM cantilevers voor kwantitatieve analyse van muggenbijtmechanismen
Uploaded: 2024-04-26T14:40:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Author Spotlight: Development of Bio-Hybrid AFM Cantilevers for Quantitative Analysis of Mosquito Biting Mechanisms at JoVE.com

De auteurs erkennen de financiële steun van Canada's New Frontiers in Research Fund (NFRF), Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC) Discovery-programma en Fonds de Recherche du Québec Nature et Technologies (FRQNT) masteropleidingsbeurzen. De auteurs willen ook de groep van prof. Yaoyao Zhao bij McGill bedanken voor hun technische ondersteuning bij het 3D-printen van sommige componenten.

De muggensoort die voor dit protocol wordt gebruikt, is een niet-geïnfecteerde volwassen vrouwtje Aedes aegypti (A. aegypti), ingevroren ontvangen en bewaard in een vriezer van -20 °C. De soort werd geleverd door het NIH/NIAID Filariasis Research Reagent Resource Center voor distributie via BEI Resources, NIAID, NIH: Uninfected Aedes aegypti, Strain Black Eye Liverpool (Frozen), NR-48920. De reagentia en apparatuur die voor het onderzoek zijn gebruikt, staan vermeld in de materiaaltab...

Bio-Hybride AFM-Sonde met Mosquito Labrum voor het bestuderen van bijtgedrag

<ol>
	<li>World Health Organization. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Global+vector+control+response+2017&#8211;2030.">Global vector control response 2017&#8211;2030.</a> World Health Organization. , (2017).</li><li>Gurera, D., Bhushan, B., Kumar, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lessons+from+mosquitoes&#8217;+painless+piercing.">Lessons from mosquitoes&#8217; painless piercing.</a> J Mech Behav Biomed Mater. 84, 178-187 (2018).</li><li>Ma, G., Wu, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microneedle,+bio-microneedle+and+bio-inspired+microneedle:+A+review.">Microneedle, bio-microneedle and bio-inspired microneedle: A review.</a> Journ of Contr Relea. 251, 11-23 (2017).</li><li>Kong, X., Wu, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Micronano+structure+and+mechanics+behavior+of+mosquito&#8217;s+proboscis+biomaterials+with+applications+to+microneedle+design.">Micronano structure and mechanics behavior of mosquito&#8217;s proboscis biomaterials with applications to microneedle design.</a> Advan Mater Res. 299-300, 376-379 (2011).</li><li>Li, A. D. R., Putra, K. B., Chen, L., Montgomery, J. S., Shih, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mosquito+proboscis-inspired+needle+insertion+to+reduce+tissue+deformation+and+organ+displacement.">Mosquito proboscis-inspired needle insertion to reduce tissue deformation and organ displacement.</a> Sci Rep. 10 (1), 12248 (2020).</li><li>Meyer, E., Hug, H. J., Bennewitz, R. <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+Scanning+Probe+Microscopy.">Introduction to Scanning Probe Microscopy.</a> Scanning Probe Microscopy. 1, 1-13 (2004).</li><li>Garc&#237;a, R., Per&#233;z, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamic+atomic+force+microscopy+methods.">Dynamic atomic force microscopy methods.</a> Surf Sci Rep. 47 (6), 197-301 (2002).</li><li>Thurner, P. 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+and+indentation+force+measurement+of+bone.">Atomic force microscopy and indentation force measurement of bone.</a> WIREs Nanomed and Nanobio. 1 (6), 624-649 (2009).</li><li>M&#252;ller, D. J., Dufr&#234;ne, Y. F. <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+as+a+multifunctional+molecular+toolbox+in+nanobiotechnology.">Atomic force microscopy as a multifunctional molecular toolbox in nanobiotechnology.</a> Nat Nanotech. 3 (5), 261-269 (2008).</li><li>Hussain, D., Ahmad, K., Song, J., Xie, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Advances+in+the+atomic+force+microscopy+for+-critical+dimension+metrology.">Advances in the atomic force microscopy for -critical dimension metrology.</a> Meas Sci Technol. 28 (1), 012001 (2017).</li><li>Kong, X. Q., Wu, C. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mosquito+proboscis:+An+elegant+biomicroelectromechanical+system.">Mosquito proboscis: An elegant biomicroelectromechanical system.</a> Phys Rev E. 82 (1), 011910 (2010).</li><li>Kong, X. Q., Wu, C. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+and+prediction+of+insertion+force+for+the+mosquito.">Measurement and prediction of insertion force for the mosquito.</a> J Bionic Eng. 6 (2), 143-152 (2009).</li><li>Ramasubramanian, M. K., Barham, O. M., Swaminathan, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanics+of+a+mosquito+bite+with+applications+to+microneedle+design.">Mechanics of a mosquito bite with applications to microneedle design.</a> Bioinspir Biomim. 3 (4), 046001 (2008).</li><li>Dai, G., 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=Nanoscale+surface+measurements+at+sidewalls+of+nano-+and+micro-structures.">Nanoscale surface measurements at sidewalls of nano- and micro-structures.</a> Measur Sci and Technol. 18 (2), 334-341 (2007).</li></ol>

Stap 1 van het protocol is bedoeld om het biologische monster te reinigen van het ongewenste labium. Om dit te bereiken wordt een incisie gemaakt op het labium, maar niet op de fascikel, die direct onder het labium rust (Figuur 1). Omdat de fascikel en het labium niet aan hun grensvlak met elkaar zijn verbonden (d.w.z. het labium kan vrij langs de fascikel glijden en wordt alleen op zijn plaats gehouden door zijn bevestiging aan de muggenkop), is de uitgevoerde incisie bedoeld om een deel va...

De Wereldgezondheidsorganisatie (WHO) meldde dat door vectoren overgedragen ziekten (VBD's) verantwoordelijk zijn voor meer dan 17% van alle infectieziekten, die wereldwijd meer dan 7,00,000 doden per jaar veroorzaken. Als dodelijkste dier ter wereld verspreiden muggen bijvoorbeeld tal van ziekteverwekkers, zoals dengue, malaria en zika, via bloedvoedende geleedpotigen, wat resulteert in 700 miljoen infecties per jaar1. Verkenningen in de richting van de ontwikkeling van effectieve maatregelen om VBD's te voorkomen zijn van cruciaal belang, waaronder het nabootsen van het penetratiegedrag van muggen om hun bijtmechanismen te onderzoeken en studies van mogelijke barrières om hun werkzaamheid bij het voorkomen van penetratie te bewijzen. Een belangrijke uitdaging is het ontwikkelen van de juiste aanpak om dergelijke onderzoeken uit te voeren. Er zijn inspanningen geleverd in de literatuur, waaronder de ontwikkeling van naalden op microschaal die lijken op de geometrie van een muggenangel; veel van de materialen die worden gebruikt om deze micronaalden te maken (d.w.z. visco-elastische materialen2, silicium (Si), glas, keramiek3, enz.) hebben echter andere mechanische eigenschappen dan het biologische materiaal van de slurf van de mug. De technische materialen kunnen broos zijn en vatbaar voor breuk en knikken 3,4, terwijl de slurf van de mug beter bestand is tegen breuk of knikken4. Het voordeel van het hebben van een bio-hybride sonde die het labrum van een mug gebruikt in plaats van technische materialen, is dat het een nauwkeurigere weergave kan zijn van het doorboormechanisme van muggen. Ook moeten gespecialiseerde gereedschappen worden geïntegreerd met micronaalden om kwantitatieve studies uit te voeren, zoals de nauwkeurige meting van kracht5, wat niet gemakkelijk te bereiken is met op maat gemaakte opstellingen met behulp van technische micronaalden.
Atoomkrachtmicroscopie (AFM) gebaseerde benadering is veelbelovend in die zin dat het werkt door gebruik te maken van een cantilever met een ultrafijne punt die zorgvuldig dicht bij het oppervlak van een monster wordt geplaatst. De punt kan over een oppervlak scannen of ernaar/in worden gedrukt, waarbij verschillende aantrekkende of afstotende krachten worden ervaren als gevolg van de interacties met een monster6. Deze interacties leiden tot de afbuiging van de uitkraging, die wordt gevolgd door de weerkaatsing van een laserstraal vanaf de bovenkant van de uitkraging op een fotodetector6. De uitzonderlijke gevoeligheid voor beweging van het systeem stelt AFM in staat om een breed scala aan metingen uit te voeren, met inbegrip van maar niet beperkt tot morfologische kartering met picometernauwkeurigheid, krachtmetingen variërend van piconewton tot micronewton, en uitgebreide multifysische onderzoeken7. Bijvoorbeeld, AFM-inkepingen kunnen worden uitgevoerd om de reactie op de uitgeoefende kracht van een monster nauwkeurig te beoordelen en ook om de hardheid, elasticiteit en andere mechanische eigenschappen van een monster te meten door koppeling met geschikte analytische modellen8. De sonde van AFM wordt meestal gemaakt van silicium (Si) of siliciumnitride (Si3N4)8 met een lengte van 20-300 μm9 en een eindstraal in de orde van enkele tot tientallen nanometers10. De tipradius van de nanometerschaal kan ideaal zijn voor toepassingen zoals beeldvorming met hoge resolutie; Het heeft echter niet de kenmerken van biologische stingers voor studies die penetratiegedrag proberen na te bootsen in termen van stijfheid, straal, vorm en beeldverhouding. De micronaaldstructuur van een mug is bijvoorbeeld de fascikel, die een beeldverhouding heeft van ~6011 (lengte ~1,5 mm tot 2 mm; diameter ~30 μm)12. Hoewel een conventionele AFM-sonde kan worden verondersteld te lijken op een biologische angel zoals een labrum, zullen de verschillende materiaaleigenschappen en afmetingen niet de werkelijke situatie tijdens een beet weerspiegelen.
Om kwantitatief onderzoek van penetratiegedrag mogelijk te maken dat biologische beten van insecten of andere dieren met stingers nabootst, hier, een proces om bio-hybride AFM-cantilevers met een biologische stinger te fabriceren terwijl zijn uiteinde wordt ontwikkeld. Als casestudy werd met succes een AFM-uitkraging gedemonstreerd met de punt van een muggenlabrum eraan. Gebruikmakend van bestaande informatie uit de literatuur over de typische invoegkrachten die een mug gebruikt om door de huid van een slachtoffer te doorboren12,13, kan deze bio-hybride AFM-cantilever mogelijk bijna-echte nabootsing van muggenbeten onder een regelmatige AFM mogelijk maken. Het protocol van het hefboomgebruik van micro- biologische stingers om bio-hybride AFM-cantilevers te fabriceren kan ook aan de ontwikkeling van andere scherpe stinger-gebaseerde biohybride AFM-cantilevers voor kwantitatief onderzoek van een verscheidenheid van het bijten mechanismen worden toegepast.
Terminologieën Een schema van een proboscis en zijn componenten van belang worden weergegeven in figuur 1, en hun definities zijn (1) Proboscis: een lichaamsdeel uit de mond van een mug dat de mug in staat stelt zichzelf te voeden, met een kern-schaalstructuur bestaande uit de fascikel (kern) en het labium (schaal), (2) Labium: de donkere en stompe buitenkant van een proboscis2, (3) Fascikel: een groep slanke naalden in het labium, waaronder twee bovenkaakjes, twee onderkaken, een hypofarynx en een labrum2, (4) Hypofarynx: verantwoordelijk voor het afscheiden van speeksel in de bloedbaan van de gastheer2, (5) Maxillae: gekarteld lid dat helpt bij het voedingsmechanisme2, (5) Onderkaken: vergelijkbaar met de bovenkaak, helpen ze de mug bij het voedingsmechanisme en hebben ze een scherpe punt2, (6) Labrum: het belangrijkste lid om de huid van een slachtoffer binnen te dringen, dat veel groter is dan de bovenkaak, onderkaken en hypofarynx. Het heeft ook sensorische structuren die het mogelijk maken om bloedvaten en interne kanalen onder de huid te vinden2, (7) Manipulator: een assemblage met drie vrijheidsgraden en nauwkeurigheid op micronschaal voor positionering, waardoor beweging in XYZ-richtingen mogelijk is, (8) Clamp-assemblage: een op maat gemaakte 2-delige klem gemonteerd op de manipulator die wordt gebruikt om de tiploze AFM-cantilever tijdens het experiment vast te klemmen.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>&#160;5-SA-SE Straight Tapered Ultra Fine-Pointed Tweezers</td>
			<td>Excelta</td>
			<td>N/A</td>
			<td>For manipulating/dissecting the proboscis.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>C-4D Probe station</td>
			<td>Everbeing Int&#8217;l Corp&#160;</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Used for AFM assembly.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tipless Tapping Mode Cantilever</td>
			<td>NanoAndMore USA</td>
			<td>TL-NCH</td>
			<td>AFM cantilever used for mounting the labrum. 
			Specs are shown here: 
			 
			Shape: Beam 
			Force Constant: 42 N/m (10 - 130 N/m) 
			Resonance Frequency: 330 kHz (204 - 497 kHz) 
			Length: 125 &#181;m (115 - 135 &#181;m) 
			Width: 30 &#181;m (22.5 - 37.5 &#181;m) 
			Thickness: 4 &#181;m ( 3 - 5 &#181;m)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>UV Expoxy</td>
			<td>Let&#39;s resin</td>
			<td>ALR00146</td>
			<td>For stinger attachment.</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

development of a bio-hybrid mosquito stinger-based atomic force microscopy probe

Muggen, berucht als de dodelijkste dieren voor de mens vanwege hun vermogen om ziekten over te dragen, vormen een aanhoudende uitdaging voor de volksgezondheid. De primaire preventiestrategie die momenteel wordt gebruikt, omvat chemische insectenwerende middelen, die vaak niet effectief blijken te zijn omdat muggen snel resistentie ontwikkelen. Daarom is de uitvinding van nieuwe preventieve methoden cruciaal. Een dergelijke ontwikkeling hangt af van een grondig begrip van het bijtgedrag van muggen, waardoor een experimentele opstelling nodig is die de werkelijke bijtscenario's nauwkeurig repliceert met controleerbare testparameters en kwantitatieve metingen. Om deze kloof te overbruggen, werd een bio-hybride atoomkrachtmicroscopie (AFM) sonde ontworpen, met een biologische angel - in het bijzonder, een mug labrum - als punt. Deze bio-hybride sonde, compatibel met standaard AFM-systemen, maakt een bijna-authentieke simulatie van het gedrag van de muggenpenetratie mogelijk. Deze methode markeert een stap voorwaarts in de kwantitatieve studie van bijtmechanismen, wat mogelijk kan leiden tot het creëren van effectieve barrières tegen door vectoren overgedragen ziekten (VBD's) en het openen van nieuwe wegen in de strijd tegen door muggen overgedragen ziekten.

World Health Organization (WHO) reported that vector-borne diseases (VBDs) account for over 17% of all infectious diseases, which cause more than 7,00,000 deaths per year globally. For example, as the deadliest animal in the world, mosquitoes spread numerous pathogens, such as dengue, malaria, and Zika, through blood-feeding arthropods, resulting in 700 million infections each year1. Explorations toward the development of effective measures to prevent VBDs are of crucial importance, including mimicking the penetration behaviors of mosquitoes to investigate their biting mechanisms and studies of potential barriers to prove their efficacy in preventing penetration. One key challenge is to develop proper approaches to perform such investigations. Efforts have been made in the literature, including the development of micro-scale needles that resemble the geometry of a mosquito stinger; however, many of the materials used to make these microneedles (i.e., viscoelastic materials2, silicon (Si), glass, ceramic3, etc.) have different mechanical properties than the biological material of the mosquito&#39;s proboscis. The engineered materials can be brittle and prone to fracture and buckling3,4, whereas the mosquito&#39;s proboscis can withstand fracture or buckling better4. The benefit of having a bio-hybrid probe using the labrum of a mosquito instead of engineered materials is that it can be a more accurate representation of the piercing mechanism of mosquitoes. Also, specialized tools must be integrated with micro needles to perform quantitative studies, such as the accurate measurement of force5, which is not easily achievable with customized setups using engineered microneedles.
Atomic force microscopy (AFM)-based approach is promising in that it operates by employing a cantilever with an ultra-fine tip that is carefully positioned close to a sample&#39;s surface. The tip can either scan across or be pressed towards/into a surface, experiencing varying attractive or repulsive forces due to its interactions with a sample6. These interactions lead to the cantilever&#39;s deflection, which is tracked by the reflection of a laser beam from the cantilever&#39;s top onto a photodetector6. The exceptional sensitivity to movement of the system enables AFM to conduct a diverse range of measurements, including but not limited to morphological mapping with picometer accuracy, force measurements ranging from piconewtons to micronewtons, and comprehensive multiphysics investigations7. For example, AFM indentations can be performed to precisely assess the response to the applied force of a sample and also to measure the hardness, elasticity, and other mechanical properties of a sample by coupling with appropriate analytical models8. The probe of the AFM is most commonly made of silicon (Si) or silicon nitride (Si3N4)8 with a length of 20-300 &#181;m9 and a tip radius on the order of several to tens of nanometers10. The nanometer scale tip radius can be ideal for applications such as high-resolution imaging; however, it does not possess the characteristics of biological stingers for studies that try to mimic penetration behaviors in terms of stiffness, radius, shape, and aspect ratio. For example, the microneedle structure of a mosquito is the fascicle, which has an aspect ratio of ~6011 (length ~1.5 mm to 2 mm; diameter ~30 &#181;m)12. While a conventional AFM probe can be assumed to resemble a biological stinger like a labrum, its distinct material properties and dimensions will not reflect the real situation during a bite.
To enable quantitative investigations of penetration behaviors mimicking biological bites of insects or other animals with stingers, here, a process to fabricate bio-hybrid AFM cantilevers with a biological stinger as its tip is developed. As a case study, an AFM cantilever with a mosquito labrum&#39;s tip attached was successfully demonstrated. Harnessing existing information from literature on the typical insertion forces that a mosquito uses to pierce through a victim&#39;s skin12,13, this bio-hybrid AFM cantilever can potentially allow near-real mimicry of mosquito bites under a regular AFM. The protocol of leveraging micro biological stingers to fabricate bio-hybrid AFM cantilevers can also be applied to the development of other sharp stinger-based biohybrid AFM cantilevers for quantitative investigations of a variety of biting mechanisms.
Terminologies 
A schematic of a proboscis and its components of interest are shown in Figure 1, and their definitions are (1) Proboscis: a body part from the mouth of a mosquito that allows the mosquito to feed itself, with a core-shell structure composed of the fascicle(core) and the labium(shell), (2) Labium: the dark and blunt outer cover of a proboscis2, (3) Fascicle: a group of slender needles contained inside of the labium, including two maxillae, two mandibles, a hypopharynx, and a labrum2, (4) Hypopharynx: responsible for secreting saliva into the host&#39;s bloodstream2, (5) Maxillae: serrated member assisting in the feeding mechanism2, (5) Mandibles: similar to the maxilla, they help the mosquito in the feeding mechanism and have a sharp tip2, (6) Labrum: the main member for penetrating the skin of a victim, which is much bigger than the maxillae, mandibles and hypopharynx. It also has sensory structures that allow it to find blood vessels and internal channels under the skin2, (7) Manipulator: an assembly with three degrees of freedom and micron-scale accuracy for positioning, allowing movement in XYZ directions, (8) Clamp assembly: a custom-made 2-part clamp mounted to the manipulator used to clamp the tipless AFM cantilever during the experiment.

Auteur Spotlight: Ontwikkeling van bio-hybride AFM cantilevers voor kwantitatieve analyse van muggenbijtmechanismen

Ontwikkeling van een bio-hybride Mosquito Stinger-gebaseerde atoomkrachtmicroscopiesonde

We're looking to develop an AFM cantilever to potentially quantitatively study the biting mechanisms of the mosquito. Our protocol offers a new method for creating accurate, controllable, and reliable AFM probes in order to study animal biting or stinging processes. Our protocol aims at accurately simulating the animal biting process, causing current methodologies to either be uncontrollable, unreproducible in a reliable manner, or in certain cases completely inaccurate.The impact of our work is twofold. The first, we create a protocol that enables other researchers to fabricate their own custom bio-hybrid AFM cantilevers. Secondly, our work paves the way for creating other protocols that merge testing systems with biological material for creating more realistic testing scenarios.

De beelden van de scanningelektronenmicroscopie (SEM) van de vervaardigde bio-hybride AFM-sonde kunnen in Figuur 7 worden gevonden. Het uiteinde van het labrum werd met succes vastgelijmd aan de uitkragende balk. Vanwege de natuurlijke kromming van muggensteken en de handmatige bediening van het gepresenteerde protocol, is het uiterst moeilijk om een uitkraging te verkrijgen met een steekpunt die perfect loodrecht op de uitkraging staat. De niet-gecentreerde hoek tussen de angel en een denkb...

Watch this Scientific Journal Video about Author Spotlight: Development of Bio-Hybrid AFM Cantilevers for Quantitative Analysis of Mosquito Biting Mechanisms at JoVE.com

Kwantitatief en gecontroleerd onderzoek naar het bijtgedrag van insecten is cruciaal voor het bedenken van effectieve strategieën om door vectoren overgedragen ziekten te bestrijden. In deze context wordt een methode geïntroduceerd voor het vervaardigen van een biohybride atoomkrachtmicroscopie (AFM) sonde.

Mosquitoes, notorious as the deadliest animals to humans due to their capacity to transmit diseases, pose a persistent challenge to public health. The ...

We zijn op zoek naar een AFM-cantilever te ontwikkelen om mogelijk kwantitatief de bijtmechanismen van de mug te bestuderen. Ons protocol biedt een nieuwe methode voor het creëren van nauwkeurige, controleerbare en betrouwbare AFM-sondes om dierlijke bijt- of stekende processen te bestuderen. Ons protocol is gericht op het nauwkeurig simuleren van het bijtproces van dieren, waardoor de huidige methodologieën ofwel oncontroleerbaar, niet reproduceerbaar op een betrouwbare manier zijn, of in bepaalde gevallen volledig onnauwkeurig.De impact van ons werk is tweeledig. De eerste, creëren we een protocol dat andere onderzoekers in staat stelt om hun eigen aangepaste bio-hybride AFM-cantilevers te fabriceren. Ten tweede maakt ons werk de weg vrij voor het creëren van andere protocollen die testsystemen samenvoegen met biologisch materiaal om meer realistische testscenario's te creëren.

development-bio-hybrid-mosquito-stinger-based-atomic-force-microscopy

Research

JoVE Journal

Engineering

Development of a Bio-Hybrid Mosquito Stinger-Based Atomic Force Microscopy Probe

Mosquitoes, notorious as the deadliest animals to humans due to their capacity to transmit diseases, pose a persistent challenge to public health. The primary prevention strategy currently in use involves chemical repellents, which often prove ineffective as mosquitoes rapidly develop resistance. Consequently, the invention of new preventive methods is crucial. Such development hinges on a thorough understanding of mosquito biting behaviors, necessitating an experimental setup that accurately replicates actual biting scenarios with controllable testing parameters and quantitative measurements. To bridge this gap, a bio-hybrid atomic force microscopy (AFM) probe was engineered, featuring a biological stinger - specifically, a mosquito labrum - as its tip. This bio-hybrid probe, compatible with standard AFM systems, enables a near-authentic simulation of mosquito penetration behaviors. This method marks a step forward in the quantitative study of biting mechanisms, potentially leading to the creation of effective barriers against vector-borne diseases (VBDs) and opening new avenues in the fight against mosquito-transmitted illnesses.

Quantitative and controlled investigations into insect biting behaviors are crucial for devising effective strategies to combat vector-borne diseases. In this context, a method for fabricating a bio-hybrid atomic force microscopy (AFM) probe is introduced.