Name: יד מבוקרת מניפולציה של יחיד מולקולות באמצעות סריקת הבדיקה במיקרוסקופ עם ממשק מציאות 3D Virtual (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-10-02T14:00:00.000+00:00
Duration: 11 min
Description: חקור מניפולציה ידנית של מולקולות בודדות באמצעות מיקרוסקופ סריקה עם ממשק מציאות מדומה תלת-ממדית. שיטה זו מאפשרת חקר אינטואיטיבי של פרוטוקולים מולקולריים וייצור מבנים סופר-מולקולריים מורכבים.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

לכותבים אין אישורים.

<ol><li>Barth, J. V., Costantini, G., Kern, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Engineering+atomic+and+molecular+nanostructures+at+surfaces%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Engineering atomic and molecular nanostructures at surfaces.</a> Nature. 437, 671-679 (2005).</li>
<li>Otero, R., Rosei, F., Besenbacher, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Scanning+tunneling+microscopy+manipulation+of+complex+organic+molecules+on+solid+surfaces%5BTitle%5D)+AND+%22Annu.+Rev.+Phys.+Chem%22%5BJournal%5D)">Scanning tunneling microscopy manipulation of complex organic molecules on solid surfaces.</a> Annu. Rev. Phys. Chem. 57, 497-525 (2006).</li>
<li>Urgel, J. I., Ecija, D., Auwärter, W., Barth, J. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Controlled+Manipulation+of+Gadolinium+Coordinated+Supramolecules+by+Low-Temperature+Scanning+Tunneling+Microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Controlled Manipulation of Gadolinium Coordinated Supramolecules by Low-Temperature Scanning Tunneling Microscopy.</a> Nano Lett. 14, 1369-1373 (2014).</li>
<li>Fournier, N., Wagner, C., Weiss, C., Temirov, R., Tautz, F. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Force-controlled+lifting+of+molecular+wires%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+B%22%5BJournal%5D)">Force-controlled lifting of molecular wires.</a> Phys. Rev. B. 84, 035435(2011).</li>
<li>Wagner, C., Fournier, N., Tautz, F. S., Temirov, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measurement+of+the+Binding+Energies+of+the+Organic-Metal+Perylene-Tetracarboxylic-Dianhydride%2FAu%28111%29+Bonds+by+Molecular+Manipulation+Using+an+Atomic+Force+Microscope%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Measurement of the Binding Energies of the Organic-Metal Perylene-Tetracarboxylic-Dianhydride/Au(111) Bonds by Molecular Manipulation Using an Atomic Force Microscope.</a> Phys. Rev. Lett. 109 (7), 076102(2012).</li>
<li>Wagner, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Non-additivity+of+molecule-surface+van+der+Waals+potentials+from+force+measurements%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Commun%22%5BJournal%5D)">Non-additivity of molecule-surface van der Waals potentials from force measurements.</a> Nat. Commun. 5, 5568(2014).</li>
<li>Green, M. F. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Patterning+a+hydrogen-bonded+molecular+monolayer+with+a+hand-controlled+scanning+probe+microscope%5BTitle%5D)+AND+%22Beilstein+Journal+of+Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">Patterning a hydrogen-bonded molecular monolayer with a hand-controlled scanning probe microscope.</a> Beilstein Journal of Nanotechnology. 5, 1926-1932 (2014).</li>
<li>Leinen, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Virtual+reality+visual+feedback+for+hand-controlled+scanning+probe+microscopy+manipulation+of+single+molecules%5BTitle%5D)+AND+%22Beilstein+J.+Nanotechnol%22%5BJournal%5D)">Virtual reality visual feedback for hand-controlled scanning probe microscopy manipulation of single molecules.</a> Beilstein J. Nanotechnol. 6, 2148-2153 (2015).</li>
<li>Wagner, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Scanning+Quantum+Dot+Microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Scanning Quantum Dot Microscopy.</a> Phys. Rev. Lett. 115 (2), 026101(2015).</li>
<li>Mura, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+and+theoretical+analysis+of+H-bonded+supramolecular+assemblies+of+PTCDA+molecules%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+B%22%5BJournal%5D)">Experimental and theoretical analysis of H-bonded supramolecular assemblies of PTCDA molecules.</a> Phys. Rev. B. 81 (19), 195412(2010).</li>
<li>Besocke, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+easily+operable+scanning+tunneling+microscope%5BTitle%5D)+AND+%22Surf.+Sci.+Lett%22%5BJournal%5D)">An easily operable scanning tunneling microscope.</a> Surf. Sci. Lett. (1-2), 145-153 (1987).</li>
<li>Giessibl, F. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Advances+in+atomic+force+microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Rev.+Mod.+Phys%22%5BJournal%5D)">Advances in atomic force microscopy.</a> Rev. Mod. Phys. 75 (3), 949-983 (2003).</li>
<li>Albrecht, T. R., Grütter, P., Horne, D., Rugar, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Frequency+modulation+detection+using+high-Q+cantilevers+for+enhanced+force+microscope+sensitivity%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Phys%22%5BJournal%5D)">Frequency modulation detection using high-Q cantilevers for enhanced force microscope sensitivity.</a> J. Appl. Phys. 69 (2), 668-673 (1991).</li>
<li>Temirov, R., Lassise, A., Anders, F. B., Tautz, F. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Kondo+effect+by+controlled+cleavage+of+a+single-molecule+contact%5BTitle%5D)+AND+%22Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">Kondo effect by controlled cleavage of a single-molecule contact.</a> Nanotechnology. 19 (6), 065401(2008).</li>
<li>Glöckler, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Highly+ordered+structures+and+submolecular+scanning+tunnelling+microscopy+contrast+of+PTCDA+and+DM-PBDCI+monolayers+on+Ag%28111%29+and+Ag%28110%29%5BTitle%5D)+AND+%22Surf.+Sci%22%5BJournal%5D)">Highly ordered structures and submolecular scanning tunnelling microscopy contrast of PTCDA and DM-PBDCI monolayers on Ag(111) and Ag(110).</a> Surf. Sci. 405 (1), 1-20 (1998).</li>
<li>Simon, G. H., Heyde, M., Rust, H. -P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recipes+for+cantilever+parameter+determination+in+dynamic+force+spectroscopy%3A+spring+constant+and+amplitude%5BTitle%5D)+AND+%22Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">Recipes for cantilever parameter determination in dynamic force spectroscopy: spring constant and amplitude.</a> Nanotechnology. 18 (25), 255503(2007).</li>
<li>Rohlfing, M., Temirov, R., Tautz, F. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Adsorption+structure+and+scanning+tunneling+data+of+a+prototype+organic-inorganic+interface+PTCDA+on+Ag+%28111%29%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+B%22%5BJournal%5D)">Adsorption structure and scanning tunneling data of a prototype organic-inorganic interface PTCDA on Ag (111).</a> Phys. Rev. B. 76 (11), 115421(2007).</li>
<li>Guthold, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Controlled+Manipulation+of+Molecular+Samples+with+the+nanoManipulator%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE%2FASME+Trans.+Mechatronics%22%5BJournal%5D)">Controlled Manipulation of Molecular Samples with the nanoManipulator.</a> IEEE/ASME Trans. Mechatronics. 5 (2), 189-198 (2000).</li>
</ol>

למחברים אין מה לחשוף ואין אינטרסים פיננסיים מתחרים.

כמו שיטות אחרות מבוססות SPM, ניסויי המניפולציה המולקולריים המתואר במאמר זה גם תלויים במידה מה על המאפיינים של קצה SPM. המבנה איפקס קצה (אשר לא ניתן לשלוט באופן מלא) קובע את עוצמת הקשר טיפ מולקולה. מכאן עוצמת קשר מולקולת קצה עשויה להשתנות במידה ניכרת ובכך לפעמים עלולה להיות נמוך מדי. לפיכך בתוך הפרוטוקול אנו מתייחסים לכמה בדיקות בסיסיות של הליכי טיפול באיכות קצה קצה. עם זאת, טיפול קצה חמור יותר, ייתכן שיהיה צורך במקרים מסוימים כדי להשיג תוצאות מניפולציה משביעות רצון. <p class="...

<table><tbody><tr><td>LN2</td><td></td><td></td><td>זהירות: נוזל קריוגני</td></tr><tr><td>LHe</td><td></td><td></td><td>זהירות: נוזל קריוגני</td></tr><tr><td>PTCDA</td><td></td><td></td><td>זהירות: חומר מגרה</td></tr><tr><td>תא קנודסן (K-cell)</td><td></td><td></td> <td>מותאם אישית</td></tr><tr><td>מפרט</td><td></td><td>ErLEED</td><td>בשימוש עם ספק כוח ErLEED 1,000 A</td></tr><tr><td>משולב LT NC-AFM / STM</td><td>חיישן Createc</td><td></td><td></td></tr><tr><td>qPlus</td><td>Createc</td><td></td><td>TFS</td></tr><tr><td>קדם מגבר</td><td>Createc</td><td></td><td>לכוונון אות מזלג קבוע למגן LN2 (שלב 1)</td></tr> <tr><td>מגבר מתח רעש נמוך</td><td>מערכת מחקר סטנדפורד</td><td>SR560</td><td>מגבר חיצוני לכוונון אות מזלג (שלב 2)</td></tr> <tr><td>מגבר זרם רעש נמוך רווח משתנה Femto</td><td></td><td>מגבר DLPCA-200</td><td>למנהור זרם</td></tr><tr><td>Bonita</td><td>Vicon</td><td>B10, SN: MXBN-0B10-3658</td><td>MCS מצלמת IR</td></tr><tr><td>מכשיר אינטראקציה Apex Vicon</td><td></td><td>SN: AP0062</td><td>MCS אובייקט ניתן למעקב (TO)</td></tr> <tr><td>שרביט כיול MX אובייקט כיול</td><td>Vicon</td><td></td><td>MCS Tracker</td></tr><tr><td></td><td>Vicon</td><td></td><td>MCS תוכנת</td></tr><tr><td>אספקת מתח</td> <td>מסדרת BSמגבר סיכום STAHL - אלקטרוניקה</td><td>BS 1-4</td><td>RVS</td></tr><tr><td>&nbsp;</td><td></td><td></td><td>מותאם אישית, רווח 1, מבוסס על מגבר תפעולי TL072</td></tr><tr><td>Oculus Rrift Development Kit 2</td><td>Oculus VR</td><td></td><td>HMD</td></tr><tr><td>TipControl</td><td></td><td></td><td>תוכנה כתובה בהתאמה אישית</td></tr><tr><td>VRinterface</td><td></td><td></td><td>תוכנה כתובה בהתאמה אישית</td></tr></tbody></table>

יד מבוקרת מניפולציה של יחיד מולקולות באמצעות סריקת הבדיקה במיקרוסקופ עם ממשק מציאות 3d virtual

Hand Controlled Manipulation of Single Molecules via a Scanning Probe Microscope with a 3D Virtual Reality Interface

בהתחשב מולקולות אורגניות כאבני היסוד הפונקציונליים של טכנולוגיית ננו בעתיד, שאל איך לסדר ולהרכיב אובניים בניין כגון בגישה מלמטה למעלה הוא עדיין פתוח. המיקרוסקופ בדיקת הסריקה (SPM) יכול להיות כלי של בחירה; עם זאת, מניפולציה מבוססת SPM הייתה עד לאחרונה מוגבלת בשני ממדים (2D). כריכת קצה SPM למולקולה בעמדה מוגדרת היטב פותח הזדמנות של מניפולציה מבוקרת בחלל 3D. למרבה הצער, מניפולצית 3D אינה עולה בקנה אחד, במידה רבה, עם 2D-פרדיגמה הטיפוס נתוני SPM צפייה ויצירה במחשב. עבור מניפולציה אינטואיטיבי ויעיל ולכן אנו זוג מיקרוסקופ מנהור בטמפרטורה נמוכה ללא מגע כוח אטומי / סריקה (LT NC-AFM / STM) למערכת לכידת תנועה ומשקפי מציאות מדומה immersive מלא. התקנה זו מאפשרת &quot;נשלטה ביד מניפולציה&quot; (HCM), שבה קצה SPM מועבר על פי ההצעה של ידו של הנסיין, wHile מסלולי הקצה, כמו גם את התגובה של צומת SPM הם דמיינו ב -3 D. HCM סוללת את הדרך לפיתוח פרוטוקולי מניפולציה מורכבות, שעשוי להגדיל הבנה בסיסית יותר של אינטראקציות ננו הפועלות בין מולקולות על משטחים. כאן אנו מתארים את ההתקנה ואת הצעדים הדרושים כדי להשיג מניפולציה מולקולרית מוצלח שבשליטת יד בסביבת מציאות מדומה.

הערה: חלק זה מציג יצירה שפורסמה 7,8. החלת HCM לבעיית הרמת PTCDA / Ag (111) מתוך שכבה, הצלחנו לכתוב דפוס ידי ברצף הסרת מולקולות בודדות (איור 9). בסך הכל 48 מולקולות הוסרו, 40 מהם ניתן היו ושקעו אל Ag הנקי (111), מראים כי המולקולות להישאר ללא פגע במהלך תהליך המניפולציה. זה מאפשר באמצעות HCM לתקן &quot;שגיא...

אנו מדגימים את המניפולציה המדויקת של מולקולות אורגניות בודדות על משטח מתכת עם קצה מיקרוסקופ בדיקה סורק המונע בתלת מימד על ידי ידו של הנסיין באמצעות מערכת לכידת תנועה ומשקפי מציאות מדומה סוחפים לחלוטין.

יד מבוקרת מניפולציה של יחיד מולקולות באמצעות סריקת הבדיקה במיקרוסקופ עם ממשק מציאות 3D Virtual

Considering organic molecules as the functional building blocks of future nanoscale technology, the question of how to arrange and assemble such building ...

המטרה הכוללת של מניפולציה בשליטה ידנית של מולקולות בודדות באמצעות מיקרוסקופ סריקה (scanning probe microscope) היא חקירה שיטתית ואינטואיטיבית של פרוטוקולי מניפולציה בשלושה ממדים. שיטה זו מרחיבה את היכולות שלנו בתחום הננוטכנולוגיה המולקולרית. לדוגמה, היא מאפשרת לנו לשכלל באופן שיטתי פרוטוקולי מניפולציה עבור מולקולות ולבחון כיוונים בין-מולקולריים, או אף לייצר מבנים סופרה-מולקולריים מורכבים.היתרון המרכזי של טכניקה זו הוא אופיה האינטואיטיבי. המנסה שובר את תבנית התכנות של מסלולי קצה המבוצעים באופן אוטומטי, ומעורב באופן ישיר בתהליך המניפולציה.הרחבת המניפולציה של מולקולות לממד השלישי והניתוק מהמשטח פותחים הזדמנויות חדשות רבות, אך בו-זמנית עולה באופן בלתי נמנע הצורך בבקרת ויזואליזציה בתלת-ממד. הגדירו את מיקרוסקופ הסריקה בטמפרטורה נמוכה המונחה בתלת-ממד על ידי יד המנסה, תוך שימוש במערכת ללכידת תנועה כפי שמתואר בפרוטוקול הכתוב. כמו כן, הכינו דגימה על ידי שיקיעת PTCDA על כסף (111), כפי שמתואר בפרוטוקול הכתוב.הגדירו את מיקרוסקופ מנהורת הסריקה (STM) במצב זרם קבוע עם הפרמטרים המאפשרים ניגודיות LUMO עבור PTCDA. דבר זה מאפשר לקבוע את האוריינטציה המולקולרית. בתוכנת ה-SPM, הזינו את פרמטרי הסריקה, כולל השטח לסריקה, נקודות ההגדרה (set points) עבור לולאת המשוב ומהירות הסריקה.לחצו על כפתור ההתחלה בתוכנת ה-SPM כדי לצלם את ה-PTCDA. לאחר מציאת שטח פנים המתאים למניפולציה כפי שמתואר בפרוטוקול הכתוב, צרו חלון סקירה כללית והתאימו את השטח לסריקה ואת מהירות הסריקה. זאת במטרה להקליט STM מפורט של אזור קטן.בשלב הבא, בחנו את יכולתה של השפיץ להיקשר למולקולת ה-PTCDA. לאחר מכן, היערכו להקלטת ספקטרום מרחק של זרם, שבו השפיץ מוזז אנכית לכיוון אטומי החמצן הקרבוקסיליים של ה-PTCDA במרחק של שלושה עד חמישה אנגסטרומים. I כפונקציה של Z מוקלטת על ידי קביעת מתח הסטה קבוע והגדרת רמפה של גובה השפיץ כדי לקרב ולהרחיק את השפיץ מהמשטח.לאחר מכן, לחצו על כפתור single spectrum בתוכנת ה-SPM, ובחרו מיקום בתמונת ה-STM שהוקלטה לאחרונה, מעל אטומי החמצן הקרבוקסיליים של מולקולת ה-PTCDA שנבחרה למניפולציה. שם יש להקליט את ספקטרום מרחק-הזרם. כדי לוודא שהחוד נמצא במצב תקין, ודאו שעקומת מרחק-הזרם המוקלטת מראה היווצרות מגע בין החוד למולקולה, המתבטאת בעלייה חדה של הזרם.בדרך כלל, המגע חזק מספיק כדי לאפשר הרמה של 0.5 עד שלושה אנגסטרומים באמצעות נסיגה אנכית של הטיפ, ולאחר מכן הזרם צונח בפתאומיות כאשר הקשר נשבר. לאחר סריקה חוזרת של מולקולת ה-PTCDA שנבחרה למניפולציה, מקם את הטיפ מעל אטום החמצן הקרבוקסילי שנבחר למניפולציה על ידי בחירה ב-set X, Y offset top, ולאחר מכן לחיצה בתמונה המתאימה. השתמש בנקודת המגע הנכונה כפי שאושר קודם לכן.הפעילו את לולאת נעילת הפאזה (phase-locked loop) והגדירו את מצב בקרת האמפליטודה. הגדירו את אמפליטודת התנודה לנמוכה ככל האפשר, אך גבוהה מספיק כדי לאפשר זיהוי של delta-F בתנאי רעש ומהירות זיהוי מקובלים. פתחו את לולאת המשוב והזינו אפס עבור ערך האינטגרטור בחלון הפרמטרים של תוכנת ה-SPM.לאחר מכן, הגדירו את מתח ההטיה של הצומת למספר מילי-וולטים בחלון הפרמטרים של תוכנת ה-SPM. לבסוף, הגדירו את הגבּר של מגבר הזרם ל-1 × 10⁷ וולט ל암פר בחלון פרמטרי הערכים של תוכנת ה-SPM. הרכיבו את התצוגה המותקנת על הראש (HMD) ולאחר מכן קחו את האובייקט העקיב.אם own דרוש, מ situação את ה-HMD על ראש המשתמש במהלך ביצוע השלבים הבאים כדי לצפות בסביבת המציאות המדומה או בסביבת המעבדה, במקלדת ובמסך המחשב. השלב הבא הוא סימון נקודת המגע בסצנה הווירטואלית התלת-ממדית. עוגן זה מסייע באיתור קל של נקודת המגע לניסיונות מניפולציה עתידיים באמצעות מניפולציה בשליטת יד, ללא צורך לאתחל את מקור המתח הרב-ערוצי הנשלט מרחוק.כדי לעשות זאת, הפעילו את הבקרת היד לאורך ציר ה-z בלבד על ידי סימון תיבת הסימון המתאימה בתוכנת הקצה, בעוד שתיבות הסימון עבור X ו-Y נשארות לא מסומנות. הזיזו את האובייקט הניתן למעקב כלפי מטה תוך צפייה באותות הזמן האמיתי של הזרם וה-delta-f המוצגים בירוק ובורוד בסצנה הווירטואלית. הפסיקו להזיז את האובייקט הניתן למעקב כאשר אותות הזרם וה-delta-f מראים קפיצה חדה סימולטנית.חתימה של התווצרות מגע. התחל את הקלטת המסלול בממשק ה-VR על ידי לחיצה על הכפתור המתאים והרמת האובייקט הניתן למעקב. הפסק את הקלטת המסלול בממשק ה-VR על ידי לחיצה על הכפתור המתאים ברגע שנקרא המגע בין המולקולה לטיפ.החתימה היא ירידה חדה וסימולטנית של אות הזרם ואות ה-delta-f. לחצו על כפתור העצירה (pause) בתוכנת הראש כדי לבטל את השליטה הידנית. הפעילו את השליטה הידנית בתנועת הראש לאורך כל הצירים המרחביים על ידי סימון תיבות הבחירה X, Y ו-Z בתוכנה ולחיצה על כפתור ההפעלה (start) בתוכנת הראש.נסו למצוא מסלול הרמה מוצלח שבו המולקולה שנ contatto מופרדת לחלוטין מהמשטח בסוף המסלול. כדי לעשות זאת, התקרבו לנקודה שבה העוגן הראה יצירה של מגע עם מולקולת הראש על ידי הזזת האובייקט העוקב, תוך מעקב אחר תנועת הכדור המייצג את מיקום הראש הנוכחי בסביבה הווירטואלית. ברגע שנוצר המגע, התחילו להקליט מסלול חדש בממשק ה-VR.משכו את המולקולה בכיוון המתאים להרמה על ידי הזזת האובייקט העקוב בהתאם. אם מזוהה קריעה של המגע עם מולקולת הקצה, הפסיקו את הקלטת המסלול. חזרו לנקודת המגע, התחילו את הקלטת המסלול עם היווצרות המגע, ובצעו מניפולציה שונה.חזור על רצף זה עד להצלחת ההרמה. אם המגע של מולקולת הקצה עדיין יציב כאשר Z גדול מ-10 angstroms, זהו הסימן להרמה מוצלחת של המולקולה. כדי לוודא שהמולקולה נמצאת על הקצה, התקרב שוב אל פני השטח.עלייה חלקה ב-delta-f המתרחשת במהלך ההתקרבות בעוד הקצה עדיין רחוק מהמשטח מעידה על כך שהמולקולה קשורה לקצה ומכוונת בניצב למשטח. לאחר הרמה מוצלחת, הזז את האובייקט העקיב למעלה כדי להסיג את הקצה ב-10 עד 20 angstroms נוספים מהמשטח. פעולה זו מפחיתה כל אינטראקציה של המולקולה המורמת עם המשטח.קבעו את גובה הקצה על ידי ביטול סימון תיבת הבחירה Z, והחזירו את הקצה לקואורדינטות X ו-Y הראשוניות באמצעות בקרה ידנית. בטלו את סימון תיבת הבחירה X או Y ברגע שהקואורדינטה המתאימה התקרבה לאפס. לחצו על כפתור ההפסקה בתוכנת הקצה כדי לקבע את מיקום הקצה הנוכחי ולהשבית את הבקרה הידנית.ללא הפעלת לולאת המשוב, בחרו ב-set X Y offset top, ולאחר מכן לחצו על התמונה המתאימה כדי למקם את החוד מעל פני השטח הנקיים של הכסף, במרחק של 50 עד 100 angstroms מהאיסלר ממנו הוצא המולקולה. לאחר מכן, הגדירו את הגבר של מגבר הזרם ל-1 × 10⁹ volts per ampere. בטלו את הסימון בתיבות הבחירה של X ו-Y בתוכנת החוד, ולחצו על כפתור ההפעלה (start).העבירו את האובייקט העקיב אל פני השטח עד להופעת זרם מדיד. לחצו על כפתור ההפסקה בתוכנת הקצה כדי להשבית את הבקרה הידנית. הגבירו את מתח ההטיה בשלבים, באמצעות שורת גלישה הנשלטת על ידי העכבר בתוכנת ה-SPM, עד להופעת קפיצה סימולטנית בזרם וב-delta-f, המעידה על כך שהמולקולה נצמדה לפני השטח.סרקו את האזור במצב זרם קבוע ובדקו האם המולקולה אכן הופקדה בחזרה על פני השטח. לבסוף, סרקו את האזור שבו נשלפה המולקולה כדי לבחון את הפער שנוצר. מוצגת כאן דוגמה לננו-מבנה של שכבה מולקולרית באמצעות מניפולציה בשליטה ידנית.סדרת תמונות ה-STM מראה יצירה רצופית של 47 פגעי פני שטח (vacancies) על ידי הסרה עוקבת של מולקולות PTCDA בודדות משכבה סגורה. אנימציה זו מציגה 34 מסלולי מניפולציה, שכולם הובילו להסרה מוצלחת של PTCDA מהשכבה המונו-מולקולרית. להלן אנימציה של מסלולי קצה בתלת-ממד המדגימה זיקוק של המסלול והשחזור שלו באמצעות מניפולציה בשליטה ידנית.העקומה האפורה מייצגת רפרנס ראשוני שהתקבל מהממוצע של המסלולים המוצגים באנימציה הקודמת. העקומות הצבעוניות הן שבעה ניסיונות מניפולציה שעקבו אחר מסלול הרפרנס וכולם נכשלו, ושבעה ניסיונות מוצלחים לאורך מסלול מכופף (kinked) שנמצא מחדש. ניתן ליישם בקלות את שיטת המניפולציה בשליטה ידנית שלנו על משימות מניפולציה חדשות או על מולקולות חדשות.ללא הצורך במעורבות של סימולציות יקרות. ברגע שתשלטו בשיטה, ניתן להשתמש במניפולציה בשליטה ידנית כדי לחקור מולקולות בודדות בתצורות שאינן נגישות בדרכים אחרות. ביצוע ניסויים כאלה עשוי להרחיב באופן משמעותי את הבנתנו לגבי התהליכים היסודיים המתרחשים בצמתים מסוג מתכת-מולקולה-מתכת.בעת ביצוע מניפולציה בשליטה ידנית, הנסיין כפוף לתהליך למידה. בהמשך נבקש להפוך למידה זו לפורמלית ובסופו של דבר להעביר אותה למחשב.

hand-controlled-manipulation-single-molecules-via-scanning-probe

Research

JoVE Journal

Engineering

הנדסה

יושמה מערכת חישובית חדשה הכוללת סימולציה של דינמיקה מולקולרית מואצת GPU והדמיה, ניתוח ומניפולציה של ננו-מבנים בתלת מימד/VR, המייצגת גישה חדשה לקידום מחקר חומרים ולקידום חקירה חדשנית ושיטות חלופיות ללמידה על מבני חומרים עם ממדים בלתי נראים לעין האנושית.

רומן 3D / VR הסביבה אינטראקטיבית לMD סימולציות, ויזואליזציה וניתוח

כאן אנו מתארים את המכשור ושיטות לגילוי מולקולות חלבון בודד fluorescently שכותרתו אינטראקציה עם מולקולת DNA חד התלויה בין שני microspheres הלכוד אופטי.

שילוב מניפולציה מולקולה בודדת והדמיה לחקר אינטראקציות החלבון-DNA

ניתן להשתמש בננוסקופיה של בדיקה קולואידית במגוון תחומים כדי לקבל תובנה לגבי היציבות הפיזית וקינטיקה של קרישה של מערכות קולואידיות ולסייע במדעי גילוי וניסוח תרופות באמצעות מערכות ביולוגיות. השיטה המתוארת בה מספקת אמצעי כמותי ואיכותי לחקר מערכות כאלה.

בחינה כמותית ואיכותי של אינטראקציות חלקיקי חלקיקים באמצעות קולואיד Probe Nanoscopy

שיטה לחקירת המבנה של קולטן אור חלבון באמצעות מיקרוסקופ כוח אטומי (AFM) מתוארת במאמר זה. מיפוי מאפיינים ננו-מכניים כמותי של PeakForce (PF-QNM) חושף דימרים חלבונים שלמים על משטח נציץ.

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

אנו מציגים פרוטוקול למניפולציה של מערבולות בודדות בסרטים מוליכים-על דקים, תוך שימוש במגע מכני מקומי. השיטה אינה כוללת הפעלת זרם, שדה מגנטי או שלבי ייצור נוספים.

סריקת לימוד SQUID של מניפולציה וורטקס ידי לתקשר מקומי

שילוב של תמיסה וסינתזה בסיוע פני השטח פותח כיוונים חדשים בסינתזה המדויקת מבחינה אטומית של ננו-מבנים. מיקרוסקופ מנהור סורק (STM) בתוספת מיקרוסקופ כוח אטומי ללא מגע (nc-AFM) מאפשר אפיון מפורט של ננו-עצמים מבוססי פחמן שתוכננו ונוצרו לאחרונה.

הדמיה מיקרוסקופית של ננוגרפים נקבוביים מסונתזים באמצעות שילוב של תמיסה וכימיה על פני השטח

עבודה זו מציגה זרימת עבודה למעקב אחר מיקום אטומי בהדמיית מיקרוסקופ אלקטרונים ברזולוציה אטומית. זרימת עבודה זו מתבצעת באמצעות אפליקציית Matlab בקוד פתוח (EASY-STEM).

מעקב אחר מיקום אטומי מדויק באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים

כאן, אנו מציגים פרוטוקול לחקור את התכונות המכניות התאיות של תאי זברה עובריים מבודדים בכליאה תלת מימדית עם מדידת כוח ישירה על ידי מלכודת אופטית.

מדידות כוח ישירות של מכניקה תת-תאית בכליאה באמצעות פינצטה אופטית

ביוכימיה חזותית של מולקולה בודדת הנחקרת באמצעות תאים מיקרופלואידיים מקלה מאוד באמצעות קנה זכוכית, מזרקים אטומים לגז, חיבורים יציבים של צינורות לתאי זרימה, וחיסול בועות על ידי הצבת שסתומי מיתוג בין המזרקים והצינורות. הפרוטוקול מתאר מלכודות אופטיות כפולות המאפשרות הדמיה של עסקאות דנ"א ואינטראקציות בין-מולקולריות.

שימוש בפינצטה אופטית כפולה ומיקרופלואידיקה למחקרי מולקולות בודדות

לבדיקת דגימה בקנה מידה גדול עם רזולוציה ננומטרית יש מגוון רחב של יישומים, במיוחד עבור פרוסות מוליכים למחצה ננו-מפורקות. מיקרוסקופ כוח אטומי יכול להיות כלי נהדר למטרה זו, אך מוגבל על ידי מהירות ההדמיה שלהם. עבודה זו משתמשת במערכי קנטיליבר פעילים מקבילים ב- AFM כדי לאפשר בדיקות בתפוקה גבוהה ובקנה מידה גדול.

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

כאן, אנו מראים את פרוטוקול ההדמיה לצפייה באינטראקציות ביומולקולריות עם הקשה פוטותרמית מחוץ לתהודה (PORT), שבו אופטימיזציה של פרמטרי הדמיה, זיהינו מגבלות מערכת וחקרנו שיפורים פוטנציאליים בהדמיה של מכלול מוטיב DNA של שלושה כוכבים.

הדמיית מיקרוסקופ כוח אטומי במהירות גבוהה של הרכבה עצמית של מוטיב כוכב תלת-נקודתי של DNA באמצעות הקשה פוטותרמית מחוץ לתהודה

חקור מניפולציה ידנית של מולקולות בודדות באמצעות מיקרוסקופ סריקה עם ממשק מציאות מדומה תלת-ממדית. שיטה זו מאפשרת חקר אינטואיטיבי של פרוטוקולים מולקולריים וייצור מבנים סופר-מולקולריים מורכבים.

יד מבוקרת מניפולציה של יחיד מולקולות באמצעות סריקת הבדיקה במיקרוסקופ עם ממשק מציאות 3D Virtual

גלה סרטונים נוספים