Introduction
מיקרוסקופ כוח אטומי (AFM) הוא טכניקה המאפשרת הדמיה איכותית וכמותית והחיטוט של משטח חומר. 4-6 באופן מסורתי, AFM משמש להערכה של טופוגרפיה משטח, מורפולוגיה ומבנה של חומרים רב phasic. יש AFM היכולת להעריך כמותית אינטראקציות בקנה מידה ננו, כגון כוחות תשלום, משיכה, דחייה וההדבקה בין בדיקה ספציפית ואת המצע באוויר וגם מדיומים נוזליים. 7,8 AFM שפותח במקור על ידי Binning, Quate וגרבר 9 שימושים בדיקה של רגישות ידועה / נחושה וקבוע קפיץ להתקרב ו / או לסרוק את דגימה. בשל האינטראקציות פיזיות בין החללית לבין המדגם, שלוחה הוא הסיט במהלך מגע או קרבה ובהתאם למצבו של מבצע, סטיה זו יכולה להיות מתורגמת לרכישת הטופוגרפיה של המדגם או מידת הכוחות הנוכחיים בין החללית לבין המדגם. שינויים techni AFMque, כגון Nanoscopy הבדיקה colloidal, 10 אפשרו מדען להעריך ישירות את אינטראקציות ננו כוח בין שני חומרים הנמצאים במערכת colloidal של עניין.
בNanoscopy הבדיקה colloidal, חלקיקים כדוריים של בחירה מחובר לשיא של שלוחה, החלפת הטיפים חרוטי ופירמידה המסורתיים. חלקיקים כדוריים הוא אידיאליים כדי לאפשר השוואה עם מודלים תיאורטיים כגון ג'ונסון, קנדל, רוברטס (JKR) 11 וDerjaguin, לנדאו, Vervwey, Overbeek (DLVO) 12-14 תאוריות וכדי למזער את ההשפעה של חספוס פני השטח על המדידה. 15 תאוריות אלה נמצאים בשימוש כדי להגדיר את מכניקת הקשר וכוחות בין החלקיקים צפויים בתוך מערכת colloidal. תיאורית DLVO משלבת הכוחות ואאל ואן דר והאטרקטיבי וכוחות דחייה אלקטרוסטטית (בשל שכבות כפולות חשמליות) כדי להסביר את צבירת ההתנהגות של מערכות colloidal מימיות כמותית, בעוד Jתיאורית KR משלבת את האפקט של לחץ מגע והידבקות למודל קשר אלסטית בין שני מרכיבים. ברגע שבדיקה מתאימה היא מיוצרת, הוא משמש להתקרב כל חומר / חלקיקים אחרים כדי להעריך את הכוחות בין שני המרכיבים. באמצעות קצה סטנדרטי מיוצר אחד לא יוכל למדוד כוחות אינטראקטיביים בין שהקצה וחומר של בחירה, אך היתרון של שימוש בבדיקת colloidal מחוייט מאפשר המדידה של כוחות הנוכחיים בין חומרים בהווה במערכת הנחקרת. אינטראקציות הניתנות למדידה כוללות:.. דבק, מושך, דוחה, פריצה, וכוחות אפילו אלקטרוסטטי הנוכחיים בין החלקיקים 16 בנוסף, טכניקת הבדיקה colloidal יכול לשמש כדי לחקור את הכוחות משיקים הנוכחיים בין חלקיקים ואלסטיות חומרי 17,18
היכולת לערוך מדידות באמצעי התקשורת שונות היא אחד היתרונות הגדולים של Nanoscopy הבדיקה colloidal. תנאי סביבה, מ 'נוזלעדיה, או ניתן להשתמש בכל תנאי לחות מבוקרת כדי לחקות את תנאי סביבה של המערכת הנחקרת. היכולת לערוך מדידות בסביבה נוזלית מאפשרת למחקר של מערכות colloidal בסביבה שזה באופן טבעי מתרחש; ובכך, להיות מסוגל לרכוש כמותית נתונים שהוא באופן ישיר לתרגום למערכת במצבו הטבעי. לדוגמא, ניתן ללמוד אינטראקציה בין חלקיקים קיים בתוך משאפים במינון מודד האויר (MDI) באמצעות דלק נוזלי דגם עם תכונות דומות לדלק המשמש בMDIs. אותו האינטראקציות נמדדו באוויר לא תהיינה נציג של קיים המערכת במשאף. יתר על כן, המדיום הנוזלי יכול להיות שונה כדי להעריך את ההשפעה של חדירת רטיבות, פעילי שטח המשני, או טמפרטורה על האינטראקציות של החלקיקים בMDI. היכולת לשלוט בטמפרטורה יכולה לשמש כדי לחקות את הפעולות מסוימות בייצור של מערכות colloidal כדי להעריך באיזו טמפרטורה או בייצור של אואחסון של מערכות colloidal עשוי להשפיע על אינטראקציות של חלקיקים.
מדידות שניתן להשיג באמצעות בדיקות colloidal כוללות; סריקת טופוגרפיה, עקומות כוח למרחקים בודדות, מפות הידבקות כוח למרחקים, ולהתעכב מדידות כוח למרחקים. פרמטרים מרכזיים הנמדדים תוך שימוש בשיטת Nanoscopy הבדיקה colloidal מוצגת במסמך זה כוללים את היישום snap-in, עומס מרבי, וערכי אנרגיית הפרדה. Snap-in היא מדידה של כוחות המשיכה, מקסימום לטעון את ערכו של כוח ההידבקות מקסימלית, ואת אנרגיית הפרדה משדרת האנרגיה הדרושה כדי למשוך את החלקיקים מכל מגע. ניתן למדוד ערכים אלה באמצעות מדידות מיידיים או כוח להתעכב. שני סוגים שונים של מדידות להתעכב כוללים סטיה וכניסה. האורך והסוג של מדידה להתעכב ניתן נבחרו במיוחד כדי לחקות את האינטראקציות ספציפיות שנמצאות בתוך מערכת של עניין. דוגמה לכך היא באמצעות להתעכב סטיה - המחזיקהדגימות במגע בשווי סטיה רצויה - כדי להעריך את אג"ח הדבק המתפתחים באגרגטים שנוצרו בתפוצות. אג"ח הדבק נוצר ניתן למדוד כפונקציה של זמן והוא יכול לספק תובנות לגבי הכוחות הדרושים לredisperse המצרפים לאחר אחסון ממושך. שפע של נתונים שניתן להשיג בשיטה זו הוא עדות לרבגוניות של השיטה.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. הכנת Probe קולואיד וAFM התשתית
- כדי להכין את בדיקות colloidal, להשתמש בשיטה שפותחה בעבר על ידי המחברים. 19
- בקיצור, השתמש בעל זווית של ° 45 להדביק שלוחה tipless בזווית הספציפית של 45 (איור 1 א) מעלות.
- הכן את שקופית אפוקסי על ידי מריחת שכבה דקה של אפוקסי לשקופית מיקרוסקופ. השתמש במרית נקייה או זרם איטי של חנקן כדי להבטיח כי השכבה של אפוקסי הוסיפה לשקופית מיקרוסקופ היא בגובה מינימאלי.
- להדביק את שקופית אפוקסי לעדשת 40X זום אופטית מיקרוסקופ באמצעות בעל מעוצב אישית (איור 1). לאחר מכן השתמשתי בשלוחה להתקרב שקופית אפוקסי ולרכוש כמות קטנה של אפוקסי על שלוחה.
- חזור על שלבים אלה גם לצרף חלקיק יחיד של עניין בשיא של שלוחה (איור 1 ג).
- הכן את מצע AFM ידי הדבקת נקוב colloidalticles על coverslip AFM באמצעות דבק הרכבה תרמופלסטיים.
- מחממים 35 מ"מ להחליק את מכסה עגול ל120 מעלות צלזיוס, ולהחיל כמות קטנה של הדבק לcoverslip. הטמפרטורה הגבוהה יש צורך להמס את דבק תרמופלסטי ליישום.
- אז מגניב, coverslip ל40 מעלות צלזיוס לפני לאבק את חלקיקי colloidal על הדבק. הערה: ב40 ° C הדבק מספיק לקבוע כי החלקיקים לא יהפכו מוטבעים לתוך הדבק, אבל הדבק דביק מספיק כדי להבטיח שהחלקיקים ידבק המצע.
- יתר על כן לקרר את coverslip לRT ולהשתמש בזרם עדין של חנקן לפוצץ את כל חלקיקים פנויים עודפים.
- לשטוף מספר פעמים עם מצע המדיום הנוזלי שישמש למדידות בדיקה colloidal כדי להבטיח שכל החלקיקים פנויים יוסרו מן המצע. הערה: זה חשוב כדי להפחית את ההשפעות של חלקיקים זורמים חופשיים בזמן המדידה, שיכול היתרלפעול עם שלוחה ולהציג שגיאות בתוצאות.
2. ההרכבה קולואיד Probe, יישור לייזר, ומערכת equilibrating
- הר coverslip עם חלקיקי colloidal למחצית התחתונה של נוזל תא, ולוודא כי טבעת O-יושבת כראוי כדי למנוע כל דליפה.
- הנח גיליון שקוף הידרופובי לבמה מיקרוסקופ כדי להישמר מפני כל נוזל שעלולה לדלוף במהלך הניסוי, במיוחד אם רק באמצעות את החצי התחתון של נוזל תא למדידה, ולמקם את נוזל התא לבמה מיקרוסקופ. הערה: לשם פשטות ניתן להשתמש במחצית התחתונה בלבד של נוזל תא, בהתחשב בכך שהמערכת יכולה להיות equilibrated כראוי; טיפ - האידוי משנה את מצבו של המדידה ומשפיע על התוצאות / קריאה.
- צרף את חללית colloidal לראש סריקת AFM ולהרכיב על AFM. עם תוכנת מכשיר AFM על, השתמש בכפתורים עלסריקת ראש כדי להביא את קצה שלוחה אל מוקד. הערה: כל הצעדים והמדידות פרוצדורליים הושלמו באמצעות AFM MFP-3D-Bio עם תוכנת מקלט מחקר.
- כדי למקסם את העצמה, ליישר את הלייזר על הקצה של שלוחה באמצעות כפתורי ההתאמה המתאימים בראש הסריקה.
- לאפשר למערכת כדי לאזן במשך 5-10 דק 'או עד שמייצב את ערך הסטייה. השתמש בכפתור כוונון סטיה כדי להביא את הסטייה לאפס או שלילי במקצת.
- לאחר שהמערכת equilibrated באוויר, להשתמש בתוכנת AFM (הלוח תרמי בחלון מאסטר הלוח) לתרמית לחשב InvOLS (רגישות) וקבוע קפיץ של חללית colloidal. הערה: רגישות זו תהיה באופן זמני שימשה עד לרגישות האמיתית נמדדת בסיום המדידה (ראה שלב 4).
- בחר באפשרות "קאל האביב קבוע" או "InvOLS קאל" ולאחר מכן לחץ על "לכידת נתונים תרמיים".
- פעםשיא בולט לכך הוא ברור, לעצור את לכידת נתונים, ולחץ כדי להגדיל מעל הפסגה הראשית.
- לחץ על "אתחול Fit" ואחריו "Fit נתונים תרמיים," כדי להשיג את קבוע הקפיץ מחושב באופן אוטומטי או ערכי InvOLS.
- לאט לאט להוסיף 2 מיליליטר של המדיום הנוזלי לתא הנוזל באמצעות מזרק ולהבטיח כי אין בועות נמצאות סביב שלוחה. Re-ליישר את הלייזר, שכן את מקדם השבירה של המדיום השתנה עכשיו, ולאזן את המערכת ומאפשרת את ערך הסטייה לייצב לפני התאמת הסטייה חזרה לאפס שוב. הערה: אם הפרש טמפרטורה גדול קיים בין הסביבה והנוזלית, האיזון ייקח יותר זמן.
3. הדמיה ורכישת נתונים
- הגדר את גודל הסריקה הראשוני ל20 מיקרומטר, סריקת שיעור לרץ 1, זווית סריקה ל90 °, נקודה מוגדרת 0.2 V ולקבל סריקה של המדגם. התאם את הרווח כנדרש כדי להשיג עקבות חופפותולשחזר את העיקולים.
- ברגע שחלקיק של עניין נמצא, באופן מיידי להגדיל את התצוגה על גבי חלקיקים שכדי להגביל את אינטראקציות בדיקה מורחבות עם המצע לפני קבלת מדידות כוח עוצמת קול.
- לאחר שהגדיל, לרכוש תמונה מספקת של חלקיקים או חלק אחד של חלקיק יחיד. ואז לעבור לפנל חיל בתוכנה. להביא את הבר העמדה האדום למיקום הגבוה ביותר, הגדר את מרחק הכוח עד 5 מיקרומטר, קצב סריקה ל0.1 הרץ, ערוץ הדק לאף אחד ולערוך מדידת כוח אחד. ודא הבדיקה לא ליצור קשר עם המצע.
- מגרף המדידה היחיד שהושג, לחשב את קו הסטייה הווירטואלי על ידי לחיצה ימנית על חלון הגרף, ובחירה באפשרות "חישוב Def קו וירטואלי". זה יהיה באופן אוטומטי לחשב את הסטייה הווירטואלית ולעדכן את הערך לפי צורך בתוכנה.
- לשנות את ערוץ ההדק לסטייה ולהגדיר את נקודת ההדק ל20 ננומטר. הגדר את dist הכוחאהה ל1 מיקרומטר ולהתאים את מהירות הסריקה לפי הצורך בהתאם לכוחות המדודים של ריבית.
- באופן ידני להתאים את הערך לסטייה הפוכה אופטית מנוף הרגישות (InvOLS) בלוח סקירת חיל לאחר ביצוע 2-3 מדידות כוח יחיד ראשוניות ברציפות.
- לערוך מדידת כוח יחיד, ואז ללחוץ על הכפתור "סקירה" על לוח חיל אשר פותח לוח מאסטר חיל.
- הדגש את מדידת הכוח הושלמה לאחרונה. תחת "הציר" הכותרת להבטיח שרק "DeflV" מסומן. שנה את שדה הקלט "X-הציר" ל "ספטמבר" שימוש בתפריט הנפתח ולחץ על "להפוך את הגרף."
- לחץ על הלשונית "parm" על לוח מאסטר חיל ולהתאים את הערך של "InvOLS" עד קשר האזור של הגרף הוא אנכי לחלוטין. לאחר מכן לאכלס ערך זה בשדה "InvOLS Defl" הממוקם מתחת לקאל60; כרטיסיית משנה בכרטיסיית חיל ממוקמת בחלון לוח מאסטר העיקרי.
- חזור על פעולה זו פעמים 2-3 כדי להבטיח שערך InvOLS אינו משתנה באופן משמעותי.
- עכשיו שכל הפרמטרים שהוגדרו, להבטיח את רמת המדיום הנוזלי עדיין מספיק וכי הסטייה היא עדיין יציבה. הערה: בשלב זה, ניתן להשיג עקומות כוח בודד או מפות בכוח. אם מדידות כוח להתעכב הן רצויים, ניתן לגשת אל האפשרויות להתעכב בלוח חיל.
4. לאחר כוונון של רגישות לניתוח
- לאחר השלמת רכישת מדידה, למדוד את הרגישות האמיתית של חללית colloidal. כדי לעשות זאת, יש לבצע מדידת כוח באמצעות סטיה / כוח גדול יחסית עם חללית colloidal באותו המדיום נוזלי נגד "אינסוף" משטח קשה כגון נציץ. הערה: רגישות הושגה לאחר השלמת הניסויים כי הסטייה / הכוח הגדול עלול לגרום נזק Colloבדיקות idal מוכנות עם קולואידים נקבוביים או שבירים.
- השיפוע של אזור המגע משמש את התוכנה כדי לחשב את הרגישות (איור 2) באופן אוטומטי. השתמש ערך אמיתי זה של רגישות בעת ניתוח הנתונים של כל העקומות שהושגו באמצעות בדיקה colloidal מסוימת.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
מערכות colloidal נוזליים המשמשות לכמה מערכות אספקת הסמים תרופות. עבור משלוח סמים שאיפה, מערכת colloidal נפוצה היא ההשעיה משאף לחץ מודד האויר במינון (PMDI). אינטראקציה בין חלקיקים קיים בתוך pMDI לשחק תפקיד חיוני ביציבות גיבוש פיזית, אחסון, ואחידות משלוח סמים. בכתב היד הזה, כוחות בין חלקיקים בין חלקיקי שומנים מבוססי נקבוביים (~ 2 מיקרומטר קוטר חלקיקים ממוצע אופטי) בדלק מודל (2H, 3H-perfluoropentane) הוערכו ב RT להעביר את הפונקציונליות של ושגיאות אפשריות הקשורים הוצג הליך.
איור 3 מציג שתי בדיקות colloidal נציג הוכן באמצעות חלקיקי inhalable שומנים מבוסס שיכול לשמש לבדיקת Nanoscopy colloidal. חשוב שחלקיקי colloidal אחד מודבק בשיא של שלוחה כזו שזה התכונה הבולטת ביותר ויהיה הנקודה הראשונהמלפנות במהלך המדידה. הדבר מבטיח כי האינטראקציות הנמדדות הן אך ורק בשל חלקיקי קולואיד. צירוף חלקיקים מרובים או agglomerates חלקיקים יכול להניב תוצאות שגויות (איור 4) בשל סטיות שלוחה מרובות שנגרמו על ידי שני החלקיקים בו זמנית חשו את אותו נוכחי חלקיק יחיד על פני המצע. באמצעות בדיקות colloidal מוכנות כראוי, תמונות טופוגרפיות של מצע חלקיקים כמו אלה שמוצגים באיור 5 ניתן להשיג במדיום נוזלי.
סריקות טופוגרפיה באמצעות בדיקה colloidal תהיה פחות מוגדרות מאלו שהושגו באמצעות קצה חרוטי מחודד; עם זאת, בCPN, המטרה העיקרית של סריקה טופוגרפית היא לאתר חלקיקים על פני המצע שניתן להשתמש כדי להעריך את האינטראקציות בין החלקיקים. איור 6 מעבירים כמה עקומות כוח אחד עלול להיתקל בעת ביצוע מדידות בדיקה colloidal במדיום נוזלי . מדידות נוזליםמכיל יותר מקורות של טעות במדידה ואחד צריך להיות מודע לכל הגורמים כדי למזער את ההשפעה שלהם על דיוק המדידה (איור 6 א) כראוי.
הפסגות המהירה וחדות באו לידי ביטוי בעקומת הכוח באיור 6 מעידות על הפרעה פתאומית במערכת במהלך המדידה. זו ניתן לייחס לתנועת כלי AFM או רעש פתאומי ברקע (שמ 'דלת הנטרקת, התעטשות) כי תוצאות בתקופה קצרה של חוסר יציבות מיידית ומהירה. באיור 6C התנודות של הבסיס בגישה והנסיגה של שלוחה מצביעות על בעיה במדיום הנוזלי. זו עלולה להתרחש אם נוזל התא לא כראוי מילא המאפשר האידוי של המדיום יש השפעה גדולה על יציבותה של המערכת והמדידה. מקור חלופי של חוסר יציבות זה יכול להיות מאיזון לא תקין של שלוחה בסבון הנוזליבינוני id לפני הניתוח. שלוחה היא רגישה לשינויים בטמפרטורה ופעולות כגון 'ציפוי את' נוזל התא דורש זמן מחדש איזון נאות. איור 6 ד 'מתאר שינוי בסיסי בגישה ולחזור בו מחזור. משמרת נקייה זה לא קיימת במדידות כוח מיידיים, אבל ניכר יותר במדידות כוח להתעכב. סחף זה הוא השפעה של סחיפת תרמית שלוחה, אשר יכול להתרחש מכמה סיבות וביניהם: אידוי איטי של המדיום הנוזלי שמוביל לשינוי בטמפרטורה של המדיום, תוך שימוש במדיום שעדיין equilibrating לטמפרטורת הסביבה, או המבצעים את מדידה בסביבה שאינו נשלט באופן אידיאלי. משמרות קבועים מינימליות בטמפרטורה של המדיום הנוזלי במהלך המדידה לייצר מרחף כזה. סוג זה של סחף מדידה הוא קשה לשליטה לנוזלים מתאדים גבוה, אלא אם כן נוזל תא סגור משמש בזמן המדידה; however, רוב תוכנות ניתוח AFM יכולים לתקן מרחף כזה.
אחרי הכל המקורות לשליטה של שגיאה כבר מיתנו והמערכת equilibrated כראוי, מיפוי הידבקות יכול להיות מועסק על מנת להשיג גוף סטטיסטי גדול של נתונים על פני גודל נחוש של המדגם. מיפוי כוח יכול לשמש באופן עצמאי או בשילוב עם סריקה טופוגרפית כדי להעריך את ההשפעה של טופוגרפיה על כוחות דבקים חלקיקים (איור 7). מיפוי כוח יספק שני גרפים עיקריים של עניין: מפה טופוגרפית של המדגם המבוסס על הגובה שבו אנשי קשר שלוחה המצע (איור 7 א) ומפת הידבקות העברת כוח המשיכה המקסימלי של כל עקומת כוח אדם (איור 7). גם הגרף באיור 7 ניתן להשתמש כדי להשיג סטייה ממוצעת וסטנדרטית מספרית של הידבקות וSnap-in של כוחות, כמו גם אנרגיות הפרדה על פני כל המדגם. grap נתונים הגולמי אלהניתן לראות hs כייצוגים תלת ממדיים של הטופוגרפיה או התפשטות של מדידות הידבקות פני המדגם (איור 7C / D) וכיסה אותם יפיק המחשה תלת ממדית של התפלגות כוחות ההידבקות כפונקציה של הטופוגרפיה ( 7E איור). סוג זה של נתונים מספק הבנה ביקורתית של הכוחות הנוכחיים בין קולואידים וכיצד פני השטח של קולואידים אינטראקציות השפעה נוספות.
מדידות בנוסף להתעכב כוח ניתן להשתמש כדי להעריך את ההשפעה של מכניקת קשר ואורכו של קשר בכוחות דבקים. חלקיקי שומנים מוצקים שימשו כדי להעביר את ההשפעה של להתעכב על הכוחות דבקים נמדדו (איור 8). איור 8 מצביע על כך שעליית כוחות דבקים כפונקציה של זמן באמצעות להתעכב כניסה, תוך שהם משתמשים בשיא התפוקה להתעכב סטיה. מגמה זו הופכת להיות ברורה יותר בזמנים ארוכים יותר להתעכב (180 שניות).
.. איור 1 תיאור של השיטה המשמשת לייצור בדיקות colloidal לNanoscopy הבדיקה colloidal () שלוחה AFM, מחובר למנהג שנועד 45 ° בעל שלוחה; (B) הרי אפוקסי / חלקיקים מודבקת בעל המשני שהוא החליק על גבי עדשת מיקרוסקופ; (ג) שלוחה עולה לאט לרכוש אפוקסי וחלקיקים.
איור 2. הרגישות של שלוחה היא השיפוע של קשר האזור של סטיה לעומת עקומת Z-מרחק.
איור 4. השימוש בבדיקת colloidal כי יש חלקיקים רבים מודבקים עלולה לגרום לכפילות מוטעות של הווה חלקיק יחיד על פני המצע במהלך הסריקה הטופוגרפית של המצע.
איור 5. סריקות טופוגרפיה שהושגו באמצעות בדיקה colloidal מוכנה כראוי. () גדול לסרוק חושפים חלקיקים רבים של עניין; (ב) סריקה ממוקדת יותר חושפת חלקיקים גדולים אחד של עניין; (C) סריקה ממוקדת על פני השטח של חלקיק יחיד.
דוגמא איור 6 עקומות כוח שהושגו עם מגבלות שונות שצריך להיות מודע () של עקומת כוח טובה;.. (ב) עקומת כוח מראה הפרעה, על ידי תנועה של AFM או על ידי רעש נוכח במדידה; (C ) תנודות בשל שלוחה-equilibrated האו"ם יכולות להוביל לגישה בלתי יציבה / סגירה; (ד ') בהווה סחיפת תרמית במהלך מדידה, קיים בגלל אידוי איטי שמוביל לקירור של המדיום או בקרה סביבתית בלתי יציבה.
-Together.within-page = "תמיד"> 
.. איור 7 מיפוי כוח הידבקות שניתן להשיג באמצעות הבדיקה Nanoscopy colloidal () החלוקה טופוגרפית של פני השטח המדגם;. (ב) חלוקת כוח הידבקות מקסימום על פני המדגם (C / D) ייצוגים 3 ממדים של הגרפים המוצגים בA ו-B בהתאמה; (ה) כיסוי של כוחות הטופוגרפיה והידבקות הפקת המחשה תלת ממדית אחת של כוחות ההידבקות כפונקציה של טופוגרפיה.
איור 8. כוחות הידבקות נמדדים כפונקציה של זמן להתעכב באמצעות שתי מדידות שונות להתעכב (n = 30) ind, (◊)entation סטיה (□); * מציין הבדל מובהק בין ערכים בנקודת הזמן הספציפית באמצעות מבחן t שני זנב בביטחון של 95% (P <0.05).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
בקלות ניתן למתן כמה מקורות של אי יציבות של המערכת נוכחת במהלך הבדיקה Nanoscopy colloidal הנוזלי באמצעות הליכי איזון ראויים. אי יציבות כפי שנדון בעבר לגרום בתוצאות שגויות ועקומות כוח שקשים יותר לנתח באופן אובייקטיבי. אם כל המקורות של חוסר יציבות כבר נטו וגרפים דומים לזה שמוצג באיור 4 עדיין קיימים, פרמטר מדידה אחרת עשוי להיות הסיבה. פרמטרים מדידה אחרים שחשוב לקחת בחשבון בעת הבדיקה Nanoscopy colloidal כוללים את המהירות שבה שלוחה עוסקת וחזרה בו מהמדגם ונקודת מדידת כוח ההדק. בנוסף, יש לציין כי מיקומו של המרכז של חללית colloidal עשוי להיות שונה מקצה AFM מסורתי. לפיכך, מומלץ למקם את נקודת הלייזר ישירות מעל מרכז חלקיקי החיטוט כדי למקסם את דיוק מדידה.
אנילא חשוב לבחור את מהירות שמספיקה לכח אחד לא מתעניין במדידה ואחד כי הוא מתאים לשימוש במדיום הנוזלי. אם מעוניין רק בכוחות ההידבקות הנוכחיים בין החלקיקים, מהירות גישה של לא קריטית. עם זאת, עבור מדידות כוח משיכה ודחייה בין החלקיקים, בחירת גישה ולחזור במהירות כי הוא איטי מספיק חשוב. יש לבחור במהירות גישה כדי לאפשר אינטראקציות ולא את המהירות להשתלט על הסטייה של שלוחה. גישה מהירה תאפיל ולא לאפשר לזמן לאינטראקציות אטרקטיביות ליצירת, ואילו בגישה איטית מאוד במדיום נוזלי תייצר קווים בסיס יציבים דומים איור 6C. חוסר היציבות שנגרמה על ידי גישה איטית היא בגלל הכוח קליל הנוזלי בשלוחה דומה לכח המשמש לגישת שלוחה.
פרמטר מדידה נוסף שיש לשקול לפני הנתוניםרכישה היא כוח ההדק הסופי. גדול מדי כוח הדק יכול לגרום לעיוותים גדולות בזמן המדידה, ואף עלול לרסק את החללית או המדגם בהתאם לתכונות החומר. לחלופין, קטן מדי של כוח יפיקו תוצאות לא מדויקות, כמו שכבת הנוזל בין החללית לבין המדגם לא יכולה להידחף החוצה מספיק מבין החלקיקים, ובכך האינטראקציה הנמדדת היא לא חלקיקי חלקיקים. שיטת אופטימיזציה היא חשובה מסך כראוי ולבדוק את פרמטרים מדידה שונים על מנת להבטיח כי הנתונים שהתקבלו הוא לייצוג ומדויק.
חיל המפות מוצגות באיור 7 יכול לספק ערכות נתונים מתקבלות בקלות גדולות. ברזולוציה של המפה הטופוגרפית וייצוגים תלת ממדים מעולף לאחר מכן הם קשורים ישירות למספר המדידות שנערך. עם זאת, אף על פי שמספר גדול יותר של נקודות נתונים יפיק תמונות ברזולוציה גבוהות יותר, זמני סריקה ניתן להגדיל באופן משמעותי.שמירה על מערכות מדידת נוזל יציבים לאורך כוח מיפוי יכולה להיות מאתגרת בהתאם לפקדים בינוניים ואיכות הסביבה הנוזלי. אידוי נוזל, שהוא אחד מהחששות הגדולים ביותר, יכול להיות מוגבל על ידי באופן קבוע 'ציפוי מעל "של המערכת עם נוזל נוסף. עם זאת, קיים הכרח כי הסריקה מושהה ומספיק זמן ניתן לאיזון מחדש של המערכת לפני חידוש המדידה. יש לבחור בזמן סריקה מתאים כדי להבטיח שהמערכת יכולה להיות כל הזמן יציבה כדי להבטיח את הדיוק של המדידות.
היכולת לנהל עקומות כוח מיידיים, להתעכב עקומות כוח, וערכות נתונים גדולות של מפות כוח מעבירה את הרבגוניות של Nanoscopy הבדיקה colloidal בהערכת אינטראקציות קיימות במערכות colloidal בסביבות המחקות באופן טבעי. נתוני ניסוי שהתקבלו באמצעות השיטה המפורטת כאן יכולים לספק תובנה חשובות יציבות colloidal, אינטראקציות אלקטרוסטטיות,קינטיקה קרישת nd. מידע זה יכול לשמש מסך ואו לשפר את מערכות colloidal נוכחים לאורך ענפי משק שונים. בנוסף בשיטה זו ניתן להשתמש בשורות תאים ביולוגיות כדי להעריך את ההשפעה של תרופות או חומרים מסוימים (שהוכן על חללית colloidal) על אינטראקציות תא ופונקציות. זה יכול לספק תובנה גדולה במולקולה קטנה, גילוי סמים ועיצוב ניסוח. יתר על כן, עם ההתקדמות שחלה באחרונה ביכולת לייצר submicron ובדיקות אפילו ננו colloidal, אפשר להשתמש בשיטה המוצגת כאן כדי ללמוד מערכות אפילו ננו colloidal.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Acknowledgments
המחברים מודים (1) תמיכות כספיות מהמחלקה לnanobiomedical מדע ומרכז BK21 PLUS NBM גלובל מחקר לרפואת רגנרטיבית באוניברסיטת דנקוק, ומן העדיפות תכנית מרכזי מחקר (מס '2009-0,093,829) ממומן על ידי NRF, רפובליקה של קוריאה, ( 2) במתקנים, והסיוע המדעי וטכני, של המרכז האוסטרלי למיקרוסקופיה ו Microanalysis באוניברסיטת סידני. HKC מודה למועצה למחקר האוסטרלי לתמיכה הכספית באמצעות מענק Discovery Project (DP0985367 & DP120102778). WCH מודה למועצה למחקר האוסטרלי לתמיכה הכספית באמצעות מענק פרויקט הצמדה (LP120200489, LP110200316).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Double-Bubble Epoxy | Hardman | 4004 | |
| Veeco Tipless Probes | Veeco | NP-O10 | |
| Porous Particles | Pearl Therapeutics | ||
| Atomic Force Microscope (MFP) | Asylum | MFP-3D | |
| SPIP Scanning Probe Image Processor Software | NanoScience Instruments | ||
| 35 mm Coverslips | Asylum | 504.003 | |
| Tempfix | Ted Pella. Inc. | 16030 |
References
- Sindel, U., Zimmermann, I. Measurement of interaction forces between individual powder particles using an atomic force microscope. Powder Technology. 117, 247-254 (2001).
- Ducker, W. A., Senden, T. J., Pashley, R. M. Direct measurement of colloidal forces using an atomic force microscope. Nature. 353, 239-241 (1991).
- Israelachvili, J. N., Adams, G. E. Measurement of forces between two mica surfaces in aqueous electrolyte solutions in the range 0–100 nm. Journal of the Chemical Society, Faraday Transactions. 1, 975-1001 (1978).
- Upadhyay, D., et al. Magnetised thermo responsive lipid vehicles for targeted and controlled lung drug delivery. Pharmaceutical Research. 29, 2456-2467 (2012).
- Chrzanowski, W., et al. Biointerface: protein enhanced stem cells binding to implant surface. Journal of Materials Science: Materials in Medicine. 23, 2203-2215 (2012).
- Chrzanowski, W., et al. Nanomechanical evaluation of nickel–titanium surface properties after alkali and electrochemical treatments. Journal of The Royal Society Interface. 5, 1009-1022 (2008).
- Tran, C. T., Kondyurin, A., Chrzanowski, W., Bilek, M. M., McKenzie, D. R. Influence of pH on yeast immobilization on polystyrene surfaces modified by energetic ion bombardment. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 104, 145-152 (2013).
- Page, K., et al. Study of the adhesion of Staphylococcus aureus to coated glass substrates. Journal of materials science. 46, 6355-6363 (2011).
- Binnig, G., Quate, C. F., Gerber, C.
- Butt, H. -J. Measuring electrostatic, van der Waals, and hydration forces in electrolyte solutions with an atomic force microscope. Biophysical Journal. 60, 1438-1444 (1991).
- Johnson, K., Kendall, K., Roberts, A. Surface energy and the contact of elastic solids. Proceedings of the Royal Society of London. A. Mathematical and Physical Sciences. 324, 301-313 (1971).
- Deraguin, B., Landau, L. Theory of the stability of strongly charged lyophobic sols and of the adhesion of strongly charged particles in solution of electrolytes. Acta Physicochim: USSR. 14, 633-662 (1941).
- Derjaguin, B., Muller, V., Toporov, Y. P. Effect of contact deformations on the adhesion of particles. Journal of Colloid and Interface Science. 53, 314-326 (1975).
- Verwey, E. J. W., Overbeek, J. T. G.
- Kappl, M., Butt, H. J. The colloidal probe technique and its application to adhesion force measurements. Particle & Particle Systems Characterization. 19, 129-143 (2002).
- Tran, C. T., Kondyurin, A., Chrzanowski, W., Bilek, M. M., McKenzie, D. R. Influence of pH on yeast immobilization on polystyrene surfaces modified by energetic ion bombardment. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. , (2012).
- Sa, D. J., de Juan Pardo, E. M., de Las Rivas Astiz, R., Sen, S., Kumar, S. High-throughput indentational elasticity measurements of hydrogel extracellular matrix substrates. Applied Physics Letters. 95, 063701-063701 (2009).
- Zauscher, S., Klingenberg, D. J. Friction between cellulose surfaces measured with colloidal probe microscopy. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 178, 213-229 (2001).
- Sa, D., Chan, H. -K., Chrzanowski, W. Attachment of Micro- and Nano-particles on Tipless Cantilevers for Colloidal Probe Microscopy. International Journal of Colloid and Interface. , (2014).
