Name: Ilościowe i jakościowe badanie oddziaływań cząstka-cząstka za pomocą nanoskopii sondy koloidalnej (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-07-18T14:00:00.000+00:00
Duration: 13 min 15 s
Description: Poznaj nanoskopię sondy koloidalnej do ilościowego badania oddziaływań cząsteczkowych w układach koloidalnych. Ta metoda wspiera odkrywanie leków i nauki o formulacjach.

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

Autorzy dziękują (1) wsparciu finansowemu ze strony Wydziału Nauk Nanobiomedycznych i BK21 PLUS NBM Global Research Center for Regenerative Medicine na Uniwersytecie Dankook, oraz z Programu Priorytetowych Centrów Badawczych (nr 2009-0093829) finansowanego przez NRF, Republika Korei, (2) obiektów oraz pomocy naukowej i technicznej Australijskiego Centrum Mikroskopii i Mikroanalizy na Uniwersytecie w Sydney. HKC jest wdzięczne Australijskiej Radzie ds. Badań Naukowych za wsparcie finansowe w ramach grantu Discovery Project (DP0985367&DP120102778). WCh jest wdzięczne Australijskiej Radzie ds. Badań Naukowych za wsparcie finansowe w ramach grantu w ramach projektu linkage (LP120200489, LP110200316).

1. Przygotowanie sondy koloidalnej i podłoża AFM
<ol>
	<li>Do przygotowania sond koloidalnych należy zastosować metodę opracowaną wcześniej przez autorów. Rozdział 19
	<ol>
		<li>Krótko mówiąc, użyj uchwytu kątowego 45°, aby zamocować wspornik bez końcówki pod określonym kątem 45° (Rysunek 1A).</li>
		<li>Przygotuj szkiełko epoksydowe, rozsmarowując cienką warstwę żywicy epoksydowej na szkiełku mikroskopowym. Użyj czystej szpatułki lub powolnego strumienia azotu, aby upewnić się, że warstwa żywicy epoksydowej dodana do szkiełka mikroskopowego ma minimalną wysokość.</li>
		<li>Przymocuj szkiełko epoksydowe do obiektywu mikroskopu z 40-krotnym zoomem optycznym za pomocą specjalnie zaprojektowanego uchwytu (rysunek 1B). Następnie użyj wspornika, aby zbliżyć się do zjeżdżalni epoksydowej i nabierz niewielką ilość żywicy epoksydowej na wsporniku.</li>
		<li>Powtórz te kroki, aby również przymocować pojedynczą cząstkę zainteresowania na wierzchołku wspornika (Rysunek 1C).</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przygotować podłoże AFM, umieszczając cząstki koloidalne na szkiełku nakrywkowym AFM za pomocą termoplastycznego kleju montażowego.
	<ol>
		<li>Podgrzej okrągłe szkiełko nakrywkowe o średnicy 35 mm do temperatury 120 °C i nałóż na nie niewielką ilość kleju. Wysoka temperatura jest niezbędna do stopienia kleju termoplastycznego do aplikacji.</li>
		<li>Następnie schłodzić szkiełko nakrywkowe do temperatury 40 °C przed rozpyleniem cząstek koloidalnych na klej. UWAGA: W temperaturze 40 °C klej jest na tyle związany, że cząstki nie osadzają się w kleju, ale klej jest na tyle lepki, że cząstki przylegają do podłoża.</li>
		<li>Następnie schłodzić szkiełko nakrywkowe do temperatury cieplnej i użyć delikatnego strumienia azotu, aby zdmuchnąć nadmiar nieprzyłączonych cząstek.</li>
		<li>Umyj podłoże kilkakrotnie płynnym medium, które będzie używane do pomiarów sondą koloidalną, aby upewnić się, że wszystkie nieprzyłączone cząstki zostały usunięte z podłoża. UWAGA: Jest to ważne, aby zmniejszyć wpływ swobodnie płynących cząstek podczas pomiaru, które mogą wchodzić w interakcje z wspornikiem i wprowadzać błędy w wynikach.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. Montaż sondy koloidalnej, laser wyrównujący i system równoważenia
<ol>
	<li>Zamontuj szkiełko nakrywkowe z cząstkami koloidalnymi w dolnej połowie płynnej komórki, upewniając się, że O-ring jest prawidłowo osadzony, aby zapobiec wyciekom.</li>
	<li>Umieść hydrofobowy przezroczysty arkusz na stoliku mikroskopu, aby chronić przed cieczą, która może wyciekać podczas eksperymentu, zwłaszcza jeśli do pomiaru używa się tylko dolnej połowy płynnej komórki, i umieść płynną komórkę na stoliku mikroskopu. UWAGA: Dla uproszczenia można użyć tylko dolnej połowy ogniwa cieczy, biorąc pod uwagę, że system można odpowiednio zrównoważyć; Wskazówka – parowanie zmienia stan pomiaru i wpływa na wyniki/odczyt.</li>
	<li>Przymocuj sondę koloidalną do głowicy skanującej AFM i zamontuj na AFM. Przy włączonym oprogramowaniu przyrządu AFM użyj pokręteł na głowicy skanującej, aby ustawić ostrość końcówki wspornika. UWAGA: Wszystkie kroki proceduralne i pomiary zostały wykonane przy użyciu MFP-3D-Bio AFM z oprogramowaniem Asylum Research.</li>
	<li>Aby zmaksymalizować intensywność, ustaw laser na końcówce wspornika za pomocą odpowiednich pokręteł regulacyjnych na głowicy skanującej.</li>
	<li>Pozwól systemowi zrównoważyć się przez 5-10 minut lub do momentu, gdy wartość ugięcia się ustabilizuje. Użyj pokrętła regulacji odchylenia, aby sprowadzić ugięcie do zera lub lekko ujemnego.</li>
	<li>Po zrównoważeniu systemu w powietrzu należy użyć oprogramowania AFM (Panel termiczny w oknie panelu głównego) do obliczenia termicznego InvOLS (czułości) i stałej sprężystości sondy koloidalnej. UWAGA: Ta czułość będzie tymczasowo używana, dopóki rzeczywista czułość nie zostanie zmierzona po zakończeniu pomiaru (patrz krok 4).
	<ol>
		<li>Wybierz opcję "Cal Spring Constant" lub "Cal InvOLS", a następnie kliknij "Capture Thermal Data".</li>
		<li>Gdy widoczny szczyt jest widoczny, przestań rejestrować dane i kliknij, aby powiększyć główny szczyt.</li>
		<li>Kliknij "Zainicjuj dopasowanie", a następnie "Dopasuj dane termiczne", aby uzyskać automatycznie obliczoną stałą sprężystości lub wartości InvOLS.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Powoli dodać 2 ml płynnego podłoża do płynnej kuwety za pomocą strzykawki i upewnić się, że wokół wspornika nie ma pęcherzyków. Ponownie wyrównaj laser, ponieważ zmienił się teraz współczynnik załamania ośrodka, i ponownie zrównoważ system, pozwalając na ustabilizowanie się wartości ugięcia przed dostosowaniem ugięcia z powrotem do zera. UWAGA: Jeśli istnieje duża różnica temperatur między otoczeniem a cieczą, równoważenie potrwa dłużej.</li>
</ol>
3. Obrazowanie i akwizycja danych
<ol>
	<li>Ustaw początkowy rozmiar skanowania na 20 μm, częstotliwość skanowania na 1 Hz, kąt skanowania na 90°, ustaw punkt na 0,2 V i uzyskaj skan próbki. Dostosuj wzmocnienie zgodnie z potrzebami, aby uzyskać nakładające się krzywe śledzenia i śledzenia.</li>
	<li>Po znalezieniu interesującej nas cząstki należy natychmiast zbliżyć się do niej, aby ograniczyć rozszerzone interakcje sondy z podłożem przed uzyskaniem pomiarów objętości siły.</li>
	<li>Po powiększeniu uzyskaj wystarczający obraz pojedynczej cząstki lub części pojedynczej cząstki. Następnie przełącz się na Panel mocy w oprogramowaniu. Ustaw czerwony pasek pozycji w najwyższej pozycji, ustaw odległość siły na 5 μm, szybkość skanowania na 0,1 Hz, wyzwalaj kanał na brak i przeprowadź pojedynczy pomiar siły. Upewnij się, że sonda nie styka się z podłożem.</li>
	<li>Z uzyskanego pojedynczego wykresu pomiarowego oblicz wirtualną linię ugięcia, klikając prawym przyciskiem myszy okno wykresu i wybierając opcję "Oblicz wirtualną linię def". Spowoduje to automatyczne obliczenie wirtualnego ugięcia i aktualizację wartości w razie potrzeby w oprogramowaniu.</li>
	<li>Zmień kanał spustu na ugięcie i ustaw punkt wyzwalania na 20 nm. Ustaw odległość siły na 1 μm i dostosuj prędkość skanowania zgodnie z potrzebami w zależności od zmierzonych sił będących przedmiotem zainteresowania.</li>
	<li>Ręcznie dostosuj wartość czułości dźwigni odwróconej optyki ugięcia (InvOLS) w panelu Review Force po przeprowadzeniu 2-3 kolejnych wstępnych pomiarów pojedynczej siły.
	<ol>
		<li>Przeprowadź pojedynczy pomiar siły, a następnie kliknij przycisk "Przejrzyj" na panelu siły, który otwiera główny panel siły.</li>
		<li>Podświetl ostatnio zakończony pomiar siły. Pod nagłówkiem "Oś" upewnij się, że zaznaczona jest tylko wartość "DeflV". Zmień pole wejściowe "Oś X" na "Wrzesień" za pomocą menu rozwijanego i kliknij "utwórz wykres".</li>
		<li>Kliknij zakładkę "Parm" w panelu Master Force i dostosuj wartość "InvOLS", aż obszar kontaktu wykresu będzie całkowicie pionowy. Następnie wypełnij tę wartość w polu "Defl InvOLS" znajdującym się pod zakładką podrzędną Cal w zakładce Force znajdującej się w głównym oknie Master Panel.</li>
		<li>Powtórz tę czynność 2-3 razy, aby upewnić się, że wartość InvOLS nie zmieni się znacząco.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Teraz, gdy wszystkie parametry zostały ustawione, upewnij się, że poziom cieczy jest nadal wystarczający, a ugięcie jest nadal stabilne. UWAGA: W tym momencie można uzyskać pojedyncze krzywe sił lub mapy sił. Jeśli wymagane są pomiary siły zatrzymania, opcje zatrzymania są dostępne w panelu Siła.</li>
</ol>
4. Post-tuning czułości do analizy
<ol>
	<li>Po zakończeniu akwizycji pomiarów zmierz rzeczywistą czułość sondy koloidalnej. Aby to zrobić, należy przeprowadzić pomiar siły przy użyciu stosunkowo dużego ugięcia/siły za pomocą sondy koloidalnej w tym samym ciekłym ośrodku na "nieskończenie" twardej powierzchni, takiej jak mika. UWAGA: Czułość uzyskano po zakończeniu eksperymentów, ponieważ duże ugięcie/siła może uszkodzić sondy koloidalne przygotowane z porowatych lub kruchych koloidów.</li>
	<li>Nachylenie obszaru styku jest wykorzystywane przez oprogramowanie do automatycznego obliczania czułości (rysunek 2). Użyj tej prawdziwej wartości czułości podczas analizy danych wszystkich krzywych uzyskanych za pomocą tej konkretnej sondy koloidalnej.</li>
</ol>

<ol><li>Sindel, U., Zimmermann, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measurement+of+interaction+forces+between+individual+powder+particles+using+an+atomic+force+microscope%5BTitle%5D)+AND+%22Powder+Technology%22%5BJournal%5D)">Measurement of interaction forces between individual powder particles using an atomic force microscope.</a> Powder Technology. 117, 247-254 (2001).</li>
<li>Ducker, W. A., Senden, T. J., Pashley, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+measurement+of+colloidal+forces+using+an+atomic+force+microscope%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Direct measurement of colloidal forces using an atomic force microscope.</a> Nature. 353, 239-241 (1991).</li>
<li>Israelachvili, J. N., Adams, G. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measurement+of+forces+between+two+mica+surfaces+in+aqueous+electrolyte+solutions+in+the+range+0%E2%80%93100+nm%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+Chemical+Society%2C+Faraday+Transactions%22%5BJournal%5D)">Measurement of forces between two mica surfaces in aqueous electrolyte solutions in the range 0–100 nm.</a> Journal of the Chemical Society, Faraday Transactions. 1, 975-1001 (1978).</li>
<li>Upadhyay, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Magnetised+thermo+responsive+lipid+vehicles+for+targeted+and+controlled+lung+drug+delivery%5BTitle%5D)+AND+%22Pharmaceutical+Research%22%5BJournal%5D)">Magnetised thermo responsive lipid vehicles for targeted and controlled lung drug delivery.</a> Pharmaceutical Research. 29, 2456-2467 (2012).</li>
<li>Chrzanowski, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biointerface%3A+protein+enhanced+stem+cells+binding+to+implant+surface%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Materials+Science%3A+Materials+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">Biointerface: protein enhanced stem cells binding to implant surface.</a> Journal of Materials Science: Materials in Medicine. 23, 2203-2215 (2012).</li>
<li>Chrzanowski, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanomechanical+evaluation+of+nickel%E2%80%93titanium+surface+properties+after+alkali+and+electrochemical+treatments%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+The+Royal+Society+Interface%22%5BJournal%5D)">Nanomechanical evaluation of nickel–titanium surface properties after alkali and electrochemical treatments.</a> Journal of The Royal Society Interface. 5, 1009-1022 (2008).</li>
<li>Tran, C. T., Kondyurin, A., Chrzanowski, W., Bilek, M. M., McKenzie, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Influence+of+pH+on+yeast+immobilization+on+polystyrene+surfaces+modified+by+energetic+ion+bombardment%5BTitle%5D)+AND+%22Colloids+and+Surfaces+B%3A+Biointerfaces%22%5BJournal%5D)">Influence of pH on yeast immobilization on polystyrene surfaces modified by energetic ion bombardment.</a> Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 104, 145-152 (2013).</li>
<li>Page, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Study+of+the+adhesion+of+Staphylococcus+aureus+to+coated+glass+substrates%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+materials+science%22%5BJournal%5D)">Study of the adhesion of Staphylococcus aureus to coated glass substrates.</a> Journal of materials science. 46, 6355-6363 (2011).</li>
<li>Binnig, G., Quate, C. F., Gerber, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Atomic+force+microscope%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Atomic force microscope.</a> Physical Review Letters. 56, 930-933 (1103).</li>
<li>Butt, H. -J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measuring+electrostatic%2C+van+der+Waals%2C+and+hydration+forces+in+electrolyte+solutions+with+an+atomic+force+microscope%5BTitle%5D)+AND+%22Biophysical+Journal%22%5BJournal%5D)">Measuring electrostatic, van der Waals, and hydration forces in electrolyte solutions with an atomic force microscope.</a> Biophysical Journal. 60, 1438-1444 (1991).</li>
<li>Johnson, K., Kendall, K., Roberts, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface+energy+and+the+contact+of+elastic+solids%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+Royal+Society+of+London.+A.+Mathematical+and+Physical+Sciences%22%5BJournal%5D)">Surface energy and the contact of elastic solids.</a> Proceedings of the Royal Society of London. A. Mathematical and Physical Sciences. 324, 301-313 (1971).</li>
<li>Deraguin, B., Landau, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Theory+of+the+stability+of+strongly+charged+lyophobic+sols+and+of+the+adhesion+of+strongly+charged+particles+in+solution+of+electrolytes%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Physicochim%3A+USSR%22%5BJournal%5D)">Theory of the stability of strongly charged lyophobic sols and of the adhesion of strongly charged particles in solution of electrolytes.</a> Acta Physicochim: USSR. 14, 633-662 (1941).</li>
<li>Derjaguin, B., Muller, V., Toporov, Y. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+contact+deformations+on+the+adhesion+of+particles%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Colloid+and+Interface+Science%22%5BJournal%5D)">Effect of contact deformations on the adhesion of particles.</a> Journal of Colloid and Interface Science. 53, 314-326 (1975).</li>
<li>Verwey, E. J. W., Overbeek, J. T. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Theory+of+the+stability+of+lyophobic+colloids%5BTitle%5D)+AND+%22DoverPublications.com%2C+doi%3A10.1021%2Fj150453a001%22%5BJournal%5D)">Theory of the stability of lyophobic colloids.</a> DoverPublications.com, doi:10.1021/j150453a001. , (1999).</li>
<li>Kappl, M., Butt, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+colloidal+probe+technique+and+its+application+to+adhesion+force+measurements%5BTitle%5D)+AND+%22Particle+%26+Particle+Systems+Characterization%22%5BJournal%5D)">The colloidal probe technique and its application to adhesion force measurements.</a> Particle & Particle Systems Characterization. 19, 129-143 (2002).</li>
<li>Tran, C. T., Kondyurin, A., Chrzanowski, W., Bilek, M. M., McKenzie, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Influence+of+pH+on+yeast+immobilization+on+polystyrene+surfaces+modified+by+energetic+ion+bombardment%5BTitle%5D)+AND+%22Colloids+and+Surfaces+B%3A+Biointerfaces%22%5BJournal%5D)">Influence of pH on yeast immobilization on polystyrene surfaces modified by energetic ion bombardment.</a> Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. , (2012).</li>
<li>Sa, D. J., de Juan Pardo, E. M., de Las Rivas Astiz, R., Sen, S., Kumar, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-throughput+indentational+elasticity+measurements+of+hydrogel+extracellular+matrix+substrates%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">High-throughput indentational elasticity measurements of hydrogel extracellular matrix substrates.</a> Applied Physics Letters. 95, 063701-063701 (2009).</li>
<li>Zauscher, S., Klingenberg, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Friction+between+cellulose+surfaces+measured+with+colloidal+probe+microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Colloids+and+Surfaces+A%3A+Physicochemical+and+Engineering+Aspects%22%5BJournal%5D)">Friction between cellulose surfaces measured with colloidal probe microscopy.</a> Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 178, 213-229 (2001).</li>
<li>Sa, D., Chan, H. -K., Chrzanowski, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Attachment+of+Micro-+and+Nano-particles+on+Tipless+Cantilevers+for+Colloidal+Probe+Microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Colloid+and+Interface%22%5BJournal%5D)">Attachment of Micro- and Nano-particles on Tipless Cantilevers for Colloidal Probe Microscopy.</a> International Journal of Colloid and Interface. , (2014).</li>
</ol>

Autorzy oświadczają, że nie mają konkurencyjnych interesów finansowych.

Kilka źródeł niestabilności systemu występujących podczas nanoskopii płynnej sondy koloidalnej można łatwo złagodzić poprzez odpowiednie procedury równoważenia. Niestateczności, jak omówiono wcześniej, skutkują błędnymi wynikami i krzywymi sił, które są trudniejsze do obiektywnej analizy. Jeśli wszystkie źródła niestabilności zostały zbadane, a wykresy podobne do pokazanego na rysunku 4 są nadal obecne, przyczyną może być inny parametr pomiarowy. Inne parametry pomiarowe, które należy wziąć pod uwagę pod...

Mikroskopia sił atomowych (AFM) to technika, która umożliwia jakościowe i ilościowe obrazowanie oraz sondowanie powierzchni materiału. 4-6 Tradycyjnie, AFM jest używany do oceny topografii powierzchni, morfologii i struktury materiałów wielofazowych. AFM ma możliwość ilościowej oceny oddziaływań w skali nano, takich jak siły ładowania, przyciągania, odpychania i adhezji między określoną sondą a podłożem zarówno w ośrodkach powietrznych, jak i ciekłych. 7,8 AFM pierwotnie opracowany przez Binninga, Quate'a i Gerbera9 wykorzystuje sondę o znanej/określonej czułości i stałej sprężystości do zbliżania się i/lub skanowania próbki. Ze względu na fizyczne interakcje między sondą a próbką, wspornik jest odchylany podczas kontaktu lub zbliżenia i w zależności od trybu pracy, ugięcie to można przełożyć na uzyskanie topografii próbki lub zmierzenie sił występujących między sondą a próbką. Modyfikacje techniki AFM, takie jak nanoskopia z sondą koloidalną,10 pozwoliły naukowcom na bezpośrednią ocenę oddziaływań nano-sił między dwoma materiałami obecnymi w interesującym nas układzie koloidalnym.
W nanoskopii sondy koloidalnej, wybrana sferyczna cząstka jest przymocowana do wierzchołka wspornika, zastępując tradycyjne stożkowe i piramidalne końcówki. Cząstka sferyczna jest idealna, aby umożliwić porównanie z modelami teoretycznymi, takimi jak teorie Johnsona, Kendala, Robertsa (JKR)11 i Derjaguina, Landaua, Vervweya, Overbeeka (DLVO)12-14 oraz zminimalizować wpływ chropowatości powierzchni na pomiar. 15 Teorie te są używane do zdefiniowania mechaniki kontaktowej i sił międzycząsteczkowych oczekiwanych w układzie koloidalnym. Teoria DLVO łączy przyciągające siły van der Waala i odpychające siły elektrostatyczne (spowodowane podwójnymi warstwami elektrycznymi) w celu ilościowego wyjaśnienia zachowania agregacji wodnych układów koloidalnych, podczas gdy teoria JKR obejmuje wpływ nacisku kontaktowego i adhezji w celu modelowania elastycznego kontaktu między dwoma składnikami. Po wyprodukowaniu odpowiedniej sondy wykorzystuje się ją do zbliżenia się do dowolnego innego materiału/cząstki w celu oceny sił między dwoma komponentami. Korzystając ze standardowo wyprodukowanej końcówki, będzie można zmierzyć siły interaktywne między tą końcówką a wybranym materiałem, ale korzyść z zastosowania specjalnie wykonanej sondy koloidalnej pozwala na pomiar sił występujących między materiałami obecnymi w badanym układzie. Do mierzalnych oddziaływań należą: siły adhezyjne, przyciągające, odpychające, naładowane, a nawet elektrostatyczne występujące między cząstkami. 16 Ponadto technika sondy koloidalnej może być wykorzystana do badania sił stycznych występujących między cząstkami a elastycznością materiału. 17,18
Możliwość przeprowadzania pomiarów w różnych mediach jest jedną z głównych zalet nanoskopii sondy koloidalnej. Warunki otoczenia, media ciekłe lub warunki kontrolowanej wilgotności mogą być wykorzystane do naśladowania warunków środowiskowych badanego systemu. Możliwość prowadzenia pomiarów w środowisku ciekłym umożliwia badanie układów koloidalnych w środowisku, w którym naturalnie występują; Dzięki temu jest w stanie ilościowo pozyskiwać dane, które można bezpośrednio przełożyć na system w jego naturalnym stanie. Na przykład interakcje cząstek występujące w inhalatorach z dozownikiem (MDI) można badać przy użyciu modelowego ciekłego paliwa o podobnych właściwościach do propelentu stosowanego w inhalatorach MDI. Te same interakcje mierzone w powietrzu nie byłyby reprezentatywne dla układu istniejącego w inhalatorze. Co więcej, ciekłe medium można modyfikować w celu oceny wpływu wnikania wilgoci, wtórnego środka powierzchniowo czynnego lub temperatury na interakcje cząstek w MDI. Zdolność do kontrolowania temperatury może być wykorzystana do naśladowania pewnych etapów produkcji układów koloidalnych w celu oceny, w jaki sposób temperatura podczas wytwarzania lub przechowywania układów koloidalnych może mieć wpływ na oddziaływania cząstek.
Pomiary, które można uzyskać za pomocą sond koloidalnych, obejmują; Skanowanie topograficzne, indywidualne krzywe siła-odległość, mapy adhezji siła-odległość oraz pomiary siły i odległości. Kluczowe parametry, które są mierzone za pomocą metody nanoskopii sondy koloidalnej przedstawionej w tym artykule, obejmują wartości przystawki, maksymalnego obciążenia i energii separacji. Snap-in to pomiar sił przyciągania, maksymalnego obciążenia, wartości maksymalnej siły adhezji, a energia separacji przekazuje energię potrzebną do wycofania cząstki z kontaktu. Wartości te można mierzyć za pomocą pomiarów siły chwilowej lub siły przebywania. Dwa różne rodzaje pomiarów przebywania obejmują ugięcie i wgłębienie. Długość i rodzaj pomiaru przebywania można specjalnie dobrać, aby naśladować określone interakcje, które są obecne w interesującym nas systemie. Przykładem jest wykorzystanie wahania - które utrzymuje próbki w kontakcie przy pożądanej wartości ugięcia - do oceny wiązań adhezyjnych, które powstają w agregatach utworzonych w dyspersjach. Powstałe wiązania adhezyjne mogą być mierzone w funkcji czasu i mogą zapewnić wgląd w siły wymagane do ponownego rozproszenia kruszywa po długotrwałym przechowywaniu. Mnogość danych, które można uzyskać za pomocą tej metody, świadczy o wszechstronności tej metody.

<table><tbody><tr><td>Dwupęcherzykowe sondy epoksydowe</td><td>Hardman</td><td>4004</td><td></td></tr><tr><td>Veeco z końcówką</td><td>Veeco</td><td>NP-O10&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Cząstki porowate</td><td>Pearl Therapeutics</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Mikroskop sił atomowych (MFP)</td><td>Azyl&nbsp;</td><td>MFP-3D</td><td></td></tr><tr><td>SPIP Sonda skanująca Oprogramowanie procesora obrazu</td><td>NanoScience&nbsp; Instrumenty</td><td></td><td></td></tr><tr><td>35 mm Szkiełka nakrywkowe</td><td>Azyl</td><td>504.003</td><td></td></tr><tr><td>Tempfix</td><td>Ted Pella. Inc.</td><td>Numer katalogowy 16030</td><td></td></tr></tbody></table>

ilościowe i jakościowe badanie oddziaływań cząstka-cząstka za pomocą nanoskopii sondy koloidalnej

Quantitative and Qualitative Examination of Particle-particle Interactions Using Colloidal Probe Nanoscopy

Nanoskopia sondy koloidalnej (CPN), badanie interaktywnych sił w skali nano pomiędzy specjalnie przygotowaną sondą koloidalną a dowolnym wybranym substratem za pomocą Mikroskopu Sił Atomowych (AFM), może dostarczyć kluczowych informacji na temat fizycznych oddziaływań obecnych w układach koloidalnych. Systemy koloidalne są szeroko stosowane w wielu zastosowaniach, w tym w farmaceutykach, żywności, farbach, papierze, glebach i minerałach, detergentach, drukowaniu i wielu innych. 1-3 Ponadto koloidy mogą występować w wielu stanach, takich jak emulsje, piany i zawiesiny. Za pomocą nanoskopii sondy koloidalnej można uzyskać kluczowe informacje na temat właściwości adhezyjnych, energii wiązania, a nawet uzyskać wgląd w stabilność fizyczną i kinetykę krzepnięcia obecnych w niej koloidów. Dodatkowo, nanoskopia sondy koloidalnej może być stosowana z komórkami biologicznymi, aby pomóc w odkrywaniu leków i opracowywaniu receptur. W artykule opisano metodę przeprowadzania nanoskopii sondy koloidalnej, omówiono kluczowe czynniki, które należy wziąć pod uwagę podczas pomiaru, a także pokazano, że dostępne są zarówno dane ilościowe, jak i jakościowe, które można uzyskać z takich pomiarów.

Koloidalne układy ciekłe są wykorzystywane w wielu systemach dostarczania leków farmaceutycznych. W przypadku inhalacyjnego dostarczania leków powszechnym układem koloidalnym jest zawiesina w inhalatorze z dozownikiem ciśnieniowym (pMDI). Oddziaływania między cząsteczkami występujące w pMDI odgrywają kluczową rolę w stabilności fizycznej formulacji, przechowywaniu oraz jednorodności dostarczania leku. W niniejszej pracy w temperaturze pokojowej (RT) oceniono siły międzycząsteczkowe pomiędzy porowatymi cząstkami na bazie ...

Nanoskopia sondy koloidalnej może być używana w różnych dziedzinach, aby uzyskać wgląd w fizyczną stabilność i kinetykę krzepnięcia systemów koloidalnych oraz pomóc w odkrywaniu leków i naukach o recepturach przy użyciu systemów biologicznych. Opisana w nim metoda dostarcza ilościowych i jakościowych środków do badania takich systemów.

Ilościowe i jakościowe badanie oddziaływań cząstka-cząstka za pomocą nanoskopii sondy koloidalnej

Colloidal Probe Nanoscopy (CPN), the study of the nano-scale interactive forces between a specifically prepared colloidal probe and any chosen substrate ...

Ogólnym celem tej procedury jest uzyskanie informacji ilościowych na temat oddziaływań w nanoskali obecnych między cząstkami w układzie koloidalnym opartym na cieczy. Osiąga się to poprzez przygotowanie najpierw funkcjonalnej sondy koloidalnej poprzez przymocowanie pojedynczej cząstki do wspornika mikroskopu sił atomowych tipis. Drugim krokiem jest zamontowanie sondy na mikroskopie sił atomowych i przygotowanie ciekłej komórki z koloidalnym substratem cząsteczkowym.Następnie stała sprężystości i czułość sondy koloidalnej są kalibrowane termicznie za pomocą oprogramowania mikroskopu. Ostatnim krokiem jest użycie sondy koloidalnej i zmierzenie interakcji z substratem cząstek części koloidalnej w cieczy w celu kalibracji. Bezpośredni pomiar czułości sondy za pomocą substratu MICA w cieczy jest również wykonywany ostatecznie za pomocą sondy koloidalnej.Mikroskopia może być wykorzystana do pomiaru sił międzycząsteczkowych, które mogą być odpowiedzialne za kinetykę krzepnięcia i niestabilność fizyczną badanego ciekłego układu koloidalnego. Metoda ta może pomóc w określeniu i zmierzeniu kluczowych parametrów odpowiedzialnych za stabilność fizyczną i kinetykę krzepnięcia różnych płynnych układów koloidalnych, takich jak te obecne w inhalatorach ciśnieniowych, farmaceutykach, preparatach dożylnych, systemach biologicznych i kilku innych systemach Poprzez bardzo precyzyjne pomiary sił przyciągania, kohezji i dekohezji dwóch materiałów stałych. Metoda ta może zapewnić bardzo głęboki wgląd w chemiczne i fizyczne oddziaływania tych dwóch ciał stałych poza skalą.Wiedza ta może być wykorzystana do przewidywania stabilności preparatów farmaceutycznych, ale może być również stosowana do bardzo różnych systemów biologicznych do badania powinowactwa cząstek lub różnych ciał stałych do komórek lub bakterii. Zacznij od przygotowania sondy koloidalnej za pomocą końcówki mikroskopii sił atomowych, mniej wspornika, przymocuj wspornik do uchwytu kątowego 45 stopni, jak pokazano tutaj. Uchwyt podpiera wspornik pod kątem 45 stopni nad poziomem.Następnym krokiem jest umieszczenie żywicy epoksydowej na szkiełku mikroskopowym, aby to zrobić. Po przygotowaniu żywicy epoksydowej za pomocą czystej szpatułki rozsmaruj cienką warstwę na szkiełku. Za pomocą tymczasowego kleju przymocuj przeciwną stronę szkiełka do niestandardowego uchwytu przeznaczonego do wsuwania na obudowę soczewki mikroskopu.Wróć do mikroskopu z zespołem szkiełka i uchwytu, a po zakończeniu wsuń uchwyt na obudowę obiektywu. Zjeżdżalnia z żywicą epoksydową powinna znajdować się powyżej wspornika na platformie próbki. Gdy wszystko jest na swoim miejscu, obserwuj wspornik przez mikroskop i zbliż się do platformy i wspornika do szkiełka epoksydowego.Gdy wspornik zdobędzie niewielką ilość żywicy epoksydowej, wycofaj wspornik z założoną żywicą epoksydową. Użyj tej samej techniki, aby przymocować cząsteczkę lipidową o wielkości od dwóch do pięciu mikronów na wierzchołku wspornika. Teraz przygotuj podłoże do mikroskopii sił atomowych.Użyj okrągłego szkiełka nakrywkowego o średnicy 35 milimetrów i termoplastycznego kleju montażowego. Podgrzej szkiełko nakrywkowe na płycie grzejnej wyposażonej w sondę temperatury. Gdy płyta grzejna osiągnie około 120 stopni Celsjusza, nałóż klej termoplastyczny, wyłącz płytę grzejną i poczekaj, aż szkiełko nakrywkowe ostygnie do 40 stopni Celsjusza.W tym momencie odkurz szkiełko nakrywkowe niewielką ilością cząstek koloidalnych. Gdy szkiełko nakrywkowe ostygnie do temperatury pokojowej, przenieś je do uchwytu i umyj je pipetując. Niewielka ilość ciekłego podłoża tutaj, dwa H trzy H na fluor PENTAN lub HPFP.Zrób to kilka razy, aby usunąć nieprzyczepione cząstki. Następnym krokiem jest zamontowanie podłoża do użycia w mikroskopie sił atomowych lub FM w tym celu, użyj dolnej połowy płynnej komórki, zamontuj szkiełko nakrywkowe z cząstkami koloidalnymi w dolnej połowie ogniwa. Upewnij się, że O-ring jest prawidłowo osadzony, aby zapobiec wyciekom.Pod mikroskopem sił atomowych należy podjąć środki ostrożności przed wyciekami. Zabezpiecz stolik mikroskopu przezroczystym arkuszem hydrofobowym. Następnie umieść płynną komórkę na scenie.Po przymocowaniu sondy koloidalnej do głowicy skanującej, zmontuj ją na A FM. Uruchom A FM i oprogramowanie instrumentu, a następnie użyj pokręteł regulacyjnych głowicy skanującej, aby ustawić ostrość końcówki wspornika i wyrównać laser. Aby wyrównać laser, monitoruj intensywność lasera i maksymalizuj jego wartość. Pozwól systemowi zrównoważyć się w powietrzu, a następnie użyj pokrętła regulacji ugięcia, aby sprowadzić ugięcie do zera lub lekko ujemnej wartości.Następnie z okna panelu głównego oprogramowania przejdź do panelu termicznego. Aby znaleźć czułość sondy koloidalnej, wybierz opcję Oblicz odwrotną czułość dźwigni optycznej, a następnie przechwyć dane termiczne. Gdy widoczny jest wyraźny szczyt, przestań przechwytywać dane.Kliknij, aby powiększyć główny szczyt, a następnie wybierz opcję Zainicjuj dopasowanie. Po danych termicznych dopasowania zostanie obliczona wartość czułości. Postępuj zgodnie z podobną procedurą, aby określić stałą sprężystości sondy koloidalnej.Po znalezieniu czułości i stałej sprężystości nadszedł czas, aby dodać pożywkę do płynnej komórki. Użyj strzykawki zawierającej co najmniej dwa mililitry HPFP, aby powoli dodać dwa mililitry, upewniając się, że wokół wspornika nie ma pęcherzyków. Po dodaniu medium należy ponownie ustawić laser, aby uwzględnić zmianę współczynnika załamania światła.Pozwól, aby wartość ugięcia zrównoważyła się w HPFP przez pięć do 10 minut. Następnie ustaw go z powrotem na zero. Gdy wszystko będzie gotowe do skanowania na panelu głównym, ustaw początkowy rozmiar skanowania na 20 mikronów.Szybkość skanowania do jednego herca, kąt skanowania do 90 stopni i ustawienie wartości na 0,2 V. Podejdź do próbki i zeskanuj. Gdy zostanie znaleziona cząstka będąca przedmiotem zainteresowania, natychmiast ją przybliż, aby zapobiec przedłużającym się interakcjom sondy z podłożem, skanuj, aby uzyskać obraz wystarczający do zlokalizowania cząstki na podłożu lub poznania wysokości jej głównych cech.Następnie przełącz się na panel siły w oprogramowaniu, przesuń czerwony pasek pozycji do najwyższej pozycji. Ustaw odległość siły na pięć mikronów. Szybkość skanowania do 0,1 Hz i kanał wyzwalania do braku.Wykonaj pojedynczy pomiar siły i upewnij się, że sonda nie styka się z podłożem z uzyskanego wykresu. Kliknij prawym przyciskiem myszy na okno wykresu i wybierz oblicz wirtualną linię ugięcia. Spowoduje to automatyczne obliczenie i aktualizację ugięcia pionowego.Teraz zmień kanał spustu na ugięcie i ustaw punkt wyzwalania na 20 nanometrów. Ustaw odległość siły na jeden mikron. Dostosuj prędkość skanowania do 200 nanometrów na sekundę odpowiednią do sił związanych z tą cząstką.Następnie po zakończeniu pomiaru przeprowadź pierwszy z dwóch lub trzech pojedynczych pomiarów siły. Przejdź do panelu siły i kliknij recenzję. Aby otworzyć główny panel sił, podświetl ostatni pomiar siły i sprawdź, czy zaznaczona jest opcja tylko pod nagłówkiem osi.Zmień również pole wejściowe osi x na odległość separacji. Następnie kliknij utwórz wykres. Przejdź do zakładki parametrów na panelu siły głównej i dostosuj wartość odwróconej czułości dźwigni optycznej, aż obszar styku wykresu będzie całkowicie pionowy.Zwróć uwagę na wartość zwracaną do panelu masterforce. Otwórz zakładkę siły i zakładkę podrzędną kalibracji. Następnie wprowadź odwrotną wartość odwrotnej czułości dźwigni optycznej w polu dla odchylenia odwrotnej czułości dźwigni optycznej.Powtórz pomiar siły i regulację czułości dwa lub trzy razy, aby upewnić się, że wartość nie zmienia się znacząco przy ustawionych parametrach, sprawdź poziom ciekłego medium i stabilność ugięcia. Kontynuuj pomiary krzywych sił lub map sił. Po zakończeniu pomiarów określ rzeczywistą czułość sondy.Usuń płynną komórkę z substratem i zastąp ją płynną komórką. W przypadku MICA lub innej twardej powierzchni zanurz MICA w tym samym płynnym podłożu. Kontynuuj, przeprowadzając pomiar siły za pomocą sondy koloidalnej, wykorzystując stosunkowo duże ugięcie, tak aby krzywa siły miała długi obszar kontaktu.Oprogramowanie określa czułość na podstawie nachylenia obszaru styku. Skorzystaj z obliczonej przez oprogramowanie czułości podczas analizy krzywych uzyskanych za pomocą sondy. Ten topograficzny obraz substratu cząstkowego uzyskano za pomocą sondy koloidalnej w dwóch H three H na fluoro pentan.Obraz jest mniej wyraźny niż te uzyskane za pomocą zaostrzonej stożkowej końcówki. Celem jest jednak znalezienie cząstki substratu do oceny oddziaływań międzycząsteczkowych. Skany mogą dodatkowo skupić się na powierzchni pojedynczej cząstki, mapując siłę za pomocą cząstek na bazie lipidów w dwóch godzinach, trzech godzinach na fluor.Pentan może dostarczyć zarówno mapy topograficzne wysokości próbki, jak i mapę adhezji przedstawiającą maksymalną siłę bieguna dla każdej pojedynczej krzywej siły. Oba typy wykresów danych surowych można wyświetlać w reprezentacjach trójwymiarowych. Nałożenie ich na siebie tworzy trójwymiarową ilustrację rozkładu sił adhezji w funkcji topografii.Pomiary siły przebywania pozwalają na badanie wpływu mechaniki kontaktu i długości kontaktu na siły adhezyjne. Użyto stałych cząsteczek lipidowych, a pomiary wskazują, że siły adhezyjne rosną w funkcji czasu. Korzystając z wgłębienia, siły adhezyjne utrzymują się na stałym poziomie za pomocą ugięcia podczas próby tej procedury.Ważne jest, aby zrównoważyć ciekłe media przed rozpoczęciem pomiaru, aby zapewnić uzyskanie najdokładniejszych wyników.

quantitative-qualitative-examination-particle-particle-interactions

Research

JoVE Journal

Chemistry

Chemia

W tym artykule przedstawiono metodę izolacji egzosomów z krwi pełnej i dalszej analizy za pomocą śledzenia nanocząstek za pomocą półautomatycznego instrumentu. Prezentowana technologia zapewnia niezwykle czułą metodę wizualizacji i analizy cząstek w ciekłej zawiesinie.

Innowacyjna metoda kwantyfikacji egzosomów i pomiaru wielkości

Referencyjna technika interferometryczna, która ma na celu usuwanie niepożądanych zakłóceń laserowych dla nanodetekcji, jest wykorzystywana do sondowania mikrownęk czynnikowych o ultra wysokiej jakości. Instrukcje dotyczące montażu, konfiguracji i pozyskiwania danych są dostarczane wraz z procesem pomiaru w celu określenia współczynnika jakości gniazda.

Implementacja interferometru referencyjnego do nanodetekcji

Laserowa spektroskopia rozpadu przeprowadzona na cienkich narządach i tkankach nowotworowych skutecznie wykryła naturalne pierwiastki i sztucznie wstrzyknięty gadolin (Gd), emitowany z nanocząstek opartych na Gd. Obrazy pierwiastków chemicznych osiągnęły rozdzielczość 100 μm i czułość ilościową poniżej mM. Kompatybilność zestawu ze standardową mikroskopią optyczną podkreśla jego potencjał do dostarczania wielu obrazów tej samej tkanki biologicznej.

Spektroskopia rozpadu indukowanego laserem: nowe podejście do mapowania i kwantyfikacji nanocząstek w tkance narządowej

Mikroskopia konfokalna służy do obrazowania spoczynkowych i przepływających mieszanin koloidowo-polimerowych, które są badane jako układy modelowe dla atrakcyjnych zawiesin. Algorytmy analizy obrazu służą do obliczania wskaźników strukturalnych i dynamicznych dla cząstek koloidalnych, które mierzą zmiany spowodowane ograniczeniem geometrycznym.

Obrazowanie konfokalne ograniczonych mieszanin koloidalno-polimerowych w stanie spoczynku i przepływu

Opisano protokół syntezy i charakterystyki koloidów pokrytych cząstkami supramolekularnymi. Te supramolekularne koloidy ulegają samoorganizacji po aktywacji wiązań wodorowych między cząsteczkami zakotwiczonymi na powierzchni przez światło UV.

Synteza i charakterystyka koloidów supramolekularnych

Opisujemy procedurę wykrywania pierwiastków chemicznych obecnych in situ w komórkach ludzkich, jak również ich kwantyfikację in vitro. Metoda ta jest odpowiednia dla każdego typu komórek i jest szczególnie przydatna do ilościowych analiz chemicznych w pojedynczych komórkach po ekspozycji na nanocząstki tlenku metalu in vitro.

In Situ Wykrywanie i kwantyfikacja pojedynczych komórek nanocząstek tlenków metali za pomocą analizy mikrosondy jądrowej

Przedstawiono tutaj proces produkcji mikroprocesorów, który wykorzystuje plazmoniczną pęsetę. Mikroczip umożliwia obrazowanie uwięzionej cząstki w celu zmierzenia maksymalnych sił wychwytywania.

Pułapkowanie plazmoniczne i uwalnianie nanocząstek w środowisku monitorowania

Ten protokół szczegółowo opisuje budowę i działanie mikroskopu 3D do śledzenia pojedynczych cząstek w czasie rzeczywistym, zdolnego do śledzenia nanoskalowych sond fluorescencyjnych przy wysokich prędkościach dyfuzyjnych i niskich szybkościach zliczania fotonów.

Protokół do śledzenia pojedynczych cząstek 3D w czasie rzeczywistym

Tutaj pokazujemy użycie tradycyjnej mikroskopii ciemnego pola do monitorowania dynamiki nanoprętów złota (AuNR) na błonie komórkowej. Lokalizacja i orientacja pojedynczych AuNR są wykrywane za pomocą ImageJ i MATLAB, a stany dyfuzyjne AuNR są charakteryzowane przez analizę śledzenia pojedynczych cząstek.

Wizualizacja dynamiki dyfuzyjnej nanoprętów złota na błonie komórkowej przy użyciu mikroskopii ciemnego pola pojedynczych nanocząstek

Pokazujemy, jak używać nowatorskiego instrumentu do analizy śledzenia nanocząstek, aby oszacować rozkład wielkości i całkowite stężenie cząstek pęcherzyków zewnątrzkomórkowych wyizolowanych z mysiej tkanki tłuszczowej okołokomórkowej i ludzkiego osocza.

Analiza śledzenia nanocząstek w celu ilościowego określenia i określenia wielkości pęcherzyków zewnątrzkomórkowych

Mikroskopia siły sondy Kelvina (KPFM) mierzy topografię powierzchni i różnice w potencjale powierzchni, podczas gdy skaningowa mikroskopia elektronowa (SEM) i związane z nią spektroskopie mogą wyjaśnić morfologię powierzchni, skład, krystaliczność i orientację krystalograficzną. W związku z tym kolokalizacja SEM z KPFM może zapewnić wgląd w wpływ składu i struktury powierzchni w nanoskali na korozję.

Koloktuacja mikroskopii sił sondy Kelvina z innymi mikroskopami i spektroskopiami: wybrane zastosowania w charakterystyce korozji stopów

Poznaj nanoskopię sondy koloidalnej do ilościowego badania oddziaływań cząsteczkowych w układach koloidalnych. Ta metoda wspiera odkrywanie leków i nauki o formulacjach.

Ilościowe i jakościowe badanie oddziaływań cząstka-cząstka za pomocą nanoskopii sondy koloidalnej

Przeglądaj więcej filmów