コロイドプローブナノスを使用して、粒子間相互作用の定量的および定性的調査

この手順の全体的な目標は、液体ベースのコロイド系内の粒子間に存在するナノスケールの相互作用に関する定量的情報を取得することです。これは、最初に、単一の粒子をTIPIS原子間力顕微鏡カンチレバーに取り付けて機能的なコロイドプローブを調製することによって達成されます。2番目のステップは、プローブを原子間力顕微鏡に取り付け、コロイド粒子基板を備えた液体セルを調製することです。

次に、コロイドプローブのばね定数と感度を顕微鏡ソフトウェアを使用して熱的に校正します。最後のステップは、コロイドプローブを使用し、液体中のコロイド部分粒子基板との相互作用を測定してキャリブレーションすることです。液中のMICA基板を使用したプローブ感度の直接測定も、最終的にはコロイドプローブとして行われます。

顕微鏡法は、研究対象の液体コロイド系の凝固速度と物理的不安定性の原因となる可能性のある粒子間力を測定するために使用できます。この方法は、加圧メーター用量吸入器、医薬品、静脈内製剤、生物学的システム、およびいくつかの他のシステムに存在するものなど、さまざまな液体コロイドシステムの物理的安定性および凝固速度に関与する主要なパラメータを決定し測定するのを助けることができます2つの固体材料の引力、凝集力、および凝集力の非常に正確な測定を通じて。この方法は、これら2つの固体のノンスケールの化学的および物理的相互作用について非常に深い洞察を提供することができます。

この知識は、医薬品製剤の安定性を予測するために使用できますが、非常に異なる生物学的システムに適用することもできます 細胞や細菌に対する粒子または異なる固体の親和性を調査するため。原子間力顕微鏡の先端を使用してコロイドプローブを準備することから始めます。片持ち梁を少なくし、ここに示すようにカンチレバーを45度の角度ホルダーに固定します。ホルダーは、水平から45度上でカンチレバーを支えます。

次のステップは、これを行うために顕微鏡スライドにエポキシを置くことです。エポキシを準備した後、きれいなヘラを使用してスライドに薄い層を塗ります。仮設接着剤を使用して、スライドの反対側を顕微鏡レンズケーシングにスライドするように設計されたカスタムホルダーに取り付けます。

スライドとホルダーのアセンブリを持って顕微鏡に戻り、完了したらホルダーをレンズケーシングにスライドさせます。エポキシ樹脂を使用したスライドは、サンプルプラットフォームのカンチレバーの上に配置する必要があります。すべてが整ったら、顕微鏡でカンチレバーを観察し、プラットフォームとカンチレバーをエポキシスライドに近づけます。

カンチレバーが少量のエポキシを取得したら、エポキシを所定の位置に保持した状態でカンチレバーを引き出します。同じ手法を使用して、カンチレバーの頂点に2〜5ミクロンの脂質粒子を取り付けます。次に、原子間力顕微鏡基板を準備します。

35mmの丸型カバースリップと熱可塑性樹脂製取り付け用接着剤を使用します。温度プローブを備えたホットプレートでカバースリップを加熱します。ホットプレートが約120°Cになったら、熱可塑性接着剤を塗布し、ホットプレートの電源を切って待つと、カバーが40°Cまで冷えます。

この時点で、カバースリップに少量のコロイド粒子をまぶします。カバースリップが室温まで冷えたら、ホルダーに移し、ピペッティングで洗ってください。ここには少量の液体媒体、フルオロペンタンまたはHPFPあたり2つのH3H。

これを数回行うと、アタッチされていないパーティクルが削除されます。次のステップは、原子間力顕微鏡またはFMで使用するための基板を取り付け、液体セルの下半分を使用して、セルの下半分にコロイド粒子を含むカバースリップを取り付けることです。漏れを防ぐために、Oリングが正しく取り付けられていることを確認してください。

原子間力顕微鏡では、漏れに注意を払ってください。顕微鏡ステージを透明な疎水性シートで保護します。次に、液体セルをステージに置きます。

コロイドプローブをスキャニングヘッドに取り付けた後、それをA FMに組み立てます。A FMおよび機器ソフトウェアを起動し、スキャンヘッド調整ノブを使用してカンチレバーの先端に焦点を合わせ、レーザーの位置を合わせます。レーザーの位置を合わせるには、レーザー強度を監視し、その値を最大化します。システムを空気中で平衡化させてから、たわみ調整ノブを使用してたわみをゼロまたはわずかに負の値にします。

次に、ソフトウェアのマスターパネルウィンドウから、サーマルパネルに移動します。コロイドプローブの感度を調べるには、「逆光学レバー感度の計算」を選択し、熱データを取得します。顕著なピークが明らかなら、データのキャプチャを停止します。

クリックしてメインピークを拡大し、[適合の初期化]を選択します。その後、フィット熱データにより、感度値が計算されます。同様の手順に従って、コロイドプローブのバネ定数を決定します。

感度とバネ定数が見つかったら、液体セルに培地を追加します。少なくとも2ミリリットルのHPFPを含むシリンジを使用して、カンチレバーの周りに気泡が存在しないことを確認しながら、2ミリリットルをゆっくりと追加します。媒体を追加した後、屈折率の変化を考慮してレーザーを再調整します。

たわみ値がHPFPで5〜10分間平衡化するのを待ちます。次に、ゼロに戻します。マスターパネルでスキャンする準備ができたら、初期スキャンサイズを20ミクロンに設定します。

スキャン速度は1ヘルツ、スキャン角度は90度、設定値は0.2ボルトです。サンプルに近づいてスキャンします。目的の粒子が見つかったら、すぐにズームオンして、プローブと基板スキャンとの長時間の相互作用を防ぎ、基板上の粒子の位置を特定したり、その主要な特徴の高さを知るのに十分な画像を取得

次に、ソフトウェアのフォースパネルに切り替えて、赤いポジションバーを最も高い位置に移動します。力の距離を5ミクロンに設定します。スキャンレートは0.1ヘルツ、トリガーチャネルはなし。

単一の力測定を行い、プローブが得られたグラフから基板に接触していないことを確認します。グラフウィンドウを右クリックし、[仮想変形線の計算]を選択します。これにより、垂直方向のたわみが自動的に計算され、更新されます。

次に、トリガーチャネルをたわみに変更し、トリガーポイントを20ナノメートルに設定します。力の距離を1ミクロンに設定します。スキャン速度を、この粒子に関連する力に適した200ナノメートル/秒に調整します。

次に、測定の完了時に2〜3回の単一力測定の最初の測定を行います。フォースパネルに移動し、レビューをクリックします。マスターフォースパネルを開くには、最新のフォース測定値をハイライト表示し、軸の見出しのみにチェックが入っていることを確認します。

また、x軸の入力フィールドを分離距離に変更します。次に、グラフの作成をクリックします。マスターフォースパネルのパラメータタブに移動し、グラフの接触領域が完全に垂直になるまで、逆光学レバー感度の値を調整します。

masterforce パネルに戻る値に注意してください。forceタブとcalibrationサブタブを開きます。次に、逆光学レバー感度の逆値を、偏向逆光学レバー感度のフィールドに入力します。

力の測定と感度の調整を2〜3回繰り返して、設定されたパラメータで値が大きく変化しないことを確認し、液体媒体のレベルとたわみの安定性を確認します。力曲線または力マップの測定を進めます。測定が完了したら、プローブの真の感度を決定します。

基板と一緒に液体セルを取り外し、液体セルと交換します。MICAまたはその他の硬い表面を使用して、MICAを同じ液体媒体に浸します。比較的大きなたわみを使用してコロイドプローブで力の測定を行い、力曲線の接触領域が長くなるようにします。

ソフトウェアは、接触領域の傾きを使用して感度を決定します。ソフトウェアで計算された感度を使用して、プローブで取得した曲線の分析を行います。この粒子基板のトポグラフィー画像は、フルオロペンタンあたり2つのH、3つのHのコロイドプローブを使用して達成されました。

画像は、鋭利な円錐形の先端で得られた画像よりも鮮明ではありません。しかし、目標は、粒子間の相互作用を評価するための基板粒子を見つけることです。スキャンでは、1つの粒子の表面にさらに焦点を当て、フルオロごとに2つのH、3Hの脂質ベースの粒子でマッピング

Pentaneは、サンプルの高さの地形図と、個々の力曲線の最大極力を伝える接着マップの両方を提供できます。どちらのタイプの生データグラフも、3次元表現で表示できます。それらを重ね合わせると、トポグラフィーの関数としての接着力の分布の3次元図が作成されます。

滞留力の測定により、接触力学と接触の長さが接着力に及ぼす影響を調べることができます。固体脂質粒子を使用し、測定は接着力が時間の関数として増加することを示しています。インデントドウェルを使用すると、接着剤は、この手順を試みている間、たわみドウェルを使用してプラトーに力を与えます。

測定を開始する前に液体媒体を平衡化して、最も正確な結果が得られるようにすることが重要です。