Name: Mão Controlado Manipulação de solteiro moléculas através de um Scanning Probe Microscope com uma interface de realidade virtual 3D (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-10-02T14:00:00.000+00:00
Duration: 11 min
Description: Aprenda a manipulação manual de moléculas individuais usando microscopia de sonda de varredura com interface de realidade virtual 3D. Este método intuitivo permite refinar protocolos e estudar interações moleculares em nanotecnologia.

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Os autores não têm agradecimentos.

<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>

Os autores não têm nada a divulgar e nenhum interesse financeiro conflitante.

Como outros métodos baseados em SPM, as experiências de manipulação molecular descritos no presente documento também depender em certa medida, as propriedades de a ponta de SPM. A estrutura ápice ponta (que não pode ser totalmente controlada) determina a força da ligação tip-molécula. Daí a força do contacto tip-molécula pode variar consideravelmente e, portanto, às vezes pode ser muito baixa. Daí dentro do protocolo nos referimos a alguns testes básicos de procedimentos de qualidade de ponta e tratamento ponta. No enta...

O não-contato microscópio de baixa temperatura atomic force / varredura por tunelamento (LT NC-AFM / STM, na seguinte SPM simplesmente chamado) é a ferramenta de escolha para a manipulação atomicamente precisa de átomos ou moléculas individuais 1 - 3. manipulação baseada-SPM é normalmente limitada a duas dimensões e é composto de uma série de eventos de manipulação frequentemente bruscas e estocásticos (saltos). Isto limita essencialmente o controlo sobre o processo. Entrando em contato com a molécula em questão por uma única ligação química em uma posição atômica bem definida leva a uma abordagem que pode superar essas limitações 4 - 9. Ao longo da sua manipulação da molécula contactado está ligado à ponta SPM de modo que movendo a molécula em todas as três dimensões apropriadas por deslocamentos da ponta torna-se possível. Isto cria a possibilidade de vários procedimentos de manipulação complexa realizados no espaço 3D. No entanto, a manipulação de contacto pode ser oindered por interações da molécula manipulado com a superfície e / ou outras moléculas nas suas imediações, o que pode criar forças que são grandes o suficiente para romper o contato tip-molécula. Por conseguinte, uma trajectória 3D particular da ponta SPM pode ou não resultar em um evento de manipulação bem sucedida. A pergunta surge, assim, como definir os protocolos que levam a conclusão bem sucedida de manipulação nas circunstâncias quando o vínculo tip-molécula tem uma força limitada, enquanto que as interações da molécula manipulado com o seu ambiente não são a priori bem caracterizados. Aqui esta questão é abordada na imagináveis ​​maneira mais intuitiva. O experimentador é permitido controlar os deslocamentos da ponta SPM simplesmente movendo o seu lado 7. Isto é conseguido pelo acoplamento do SPM para um sistema de captura de movimento comercial, algumas das especificações das quais são fornecidos abaixo. A vantagem de &quot;manipulação controlada mão&quot; (HCM) está em tele a capacidade do experimentador para experimentar diferentes trajetórias de manipulação de forma rápida e aprender com o seu fracasso ou sucesso. A configuração CMH foi usado para efectuar um ensaio de prova de princípio em que uma palavra ( &quot;JÜLICH&quot;) foi estampado com uma camada fechada de moléculas de perileno-3,4,9,10-tetracarboxílico dianidrido (PTCDA) em Ag ( 111), a remoção de 48 moléculas, uma por uma, com HCM 7. Levantamento de uma molécula a partir das cliva superfície suas ligações de hidrogénio intermoleculares que se ligam às moléculas na monocamada 10. Tipicamente, a força total das presentes ligações intermoleculares excede a força da ligação química entre o átomo único mais externa da ponta e um átomo de oxigénio carboxílico de PTCDA através da qual a molécula é contactado (ver Figura 1). Isso pode levar à ruptura do contato tip-molécula e a seguinte falha da tentativa de manipulação. A tarefa do pesquisador é, assim, para determine uma trajectória ponta que rompe as ligações intermoleculares que resistem sequencialmente em vez de simultaneamente, de modo que a força total aplicada ao contacto da ponta-molécula nunca excede a sua força. Embora a trajectória desejada pode, em princípio, ser simulado, devido ao tamanho e complexidade do sistema envolvido as simulações necessárias levaria um proibitivamente grande quantidade de tempo. Em contraste com o que, usando o HCM, foi possível remover a primeira molécula após 40 minutos. Perto do final da experiência a extracção já teve muito menos tempo que confirma a eficácia do processo de aprendizagem. Além disso, a precisão e versatilidade do método CMH foi evidenciado no acto de manipulação inverso quando uma molécula extraída a partir do local vizinho foi usada para fechar o vazio deixado após a remoção errónea de uma outra molécula a partir da monocamada. abordagem de captura de movimento, sendo rápida e intuitiva, élimitada à geração de dados ponta-de trajetória. Para mais desenvolvimento sistemático de novos protocolos de manipulação molecular é igualmente importante para ser capaz de visualizar os dados ponta trajetória em tempo real, bem como para analisar os dados gerados anteriormente. Portanto, a funcionalidade da configuração do HCM é reforçada substancialmente pela adição de óculos de realidade virtual que permitem a experimentalista para ver os dados representados no cenário virtual em 3D, onde a trajetória da ponta é aumentada pela corrente (I) e desvio de frequência (Af) valores medidos pela SPM em tempo real 8 (ver abaixo). Além disso, a cena da realidade virtual mostra um modelo da molécula manipulado que serve como uma referência escala visual. Assim, a configuração do HCM complementada pela interface de realidade virtual é adequado para mapeamento sistemático do espaço manipulação trajetória e refinamento sucessivo dos protocolos de manipulação promissores. Além disso, o sistema também facilita a transferência de conhecimentos entre dexperimentos IFERENTES. Os parágrafos seguintes fornecem uma descrição da configuração e algumas das suas especificações que são relevantes para as experiências de manipulação. As experiências são realizadas em vácuo ultra-alto (UHV), a uma pressão de base de 1 x 10 -10 mbar com uma SPM comercial que consiste numa câmara de preparação e uma câmara de análise. A câmara de preparação está equipado com: Ar + fonte utilizado para pulverização de exemplo, a transferência de amostra via manipulador (permite aquecimento e arrefecimento de uma amostra), difração de baixa energia de elétrons (LEED), uma personalizado Knudsen celular (células K) contendo PTCDA pó purificado por sublimação. A câmara de análise está equipado com: LN 2 banho criostato com um volume de 12 L e um tempo de espera de 46 horas, LHe banho de criostato (5 L, 72 horas), Besocke 11 do tipo besouro SPM equipado com um sensor de diapasão 12 ( TFS) que consiste de um garfo de afinação de quartzo com uma ponta PtIr ligado electricamente (para a operação MCT), Que é cortada e aguçada por um feixe de iões focado (FIB) (Figura 2). <img alt="figura 1" src="/files/ftp_upload/54506/54506fig2.jpg" /> Figura 2. Ajuste sensor de garfo. (A) Imagem de um sensor de diapasão comercial com ponta PtIr anexado. (B) imagem SEM do ápice ponta PtIr cortado com FIB. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54506/54506fig2large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> A AFM é operado no modo de frequência modulada (FM) 13 onde o TFS está animado com a ressonância (f 0 ≈ 31.080 Hz) com um piezo exaltação. O sinal piezoeléctrico do garfo oscilante é amplificado e utilizado por um circuito de bloqueio de fase (PLL), o qual mantém a amplitude de oscilação constante do TFS e controla as alterações de iTS frequência de ressonância, Af = F - F 0, que se origina a partir do gradiente da força que actua sobre a ponta. Como mostrado na Figura 3, a posição da ponta da SPM é controlado por tensão (U x, u y, z L) aplicado a um conjunto de x, y, z-piezos (constantes piezo a 5 K: x = 15, y = 16, z = 6 A / V). A u x, u y, u -voltages z (± 10 V com resolução de 20 bits) são gerados nas saídas de eletrônicos SPM. Eles são ainda mais amplificado por um amplificador de alta voltagem (HV) que tem uma tensão de saída máxima de ± 200 V. <img alt="figura 1" src="/files/ftp_upload/54506/54506fig3.jpg" /> Figura 3. Esquema da configuração HCM. A posição (objeto rastreado) A que tem vários (infravermelho) fontes IR instalados em sua superfície é rastreado por duas câmeras de infravermelho do sistema de captura de movimento (MCS). TipControl assimftware obtém o TO coordenadas (x, y, z) de MCS e passa para a fonte de tensão remota (RVS), que gera um conjunto de tensões (v x, v y, v z) que são somados com as tensões (u x , u y, u z) produzidas pelo sistema eletrônico SPM para o controle da posição da ponta da SPM. A tensão adicionado passa através de um amplificador de alta voltagem (HV) e é ainda aplicada ao sistema de piezo-posicionamento da ponta do SPM. A configuração permite o controle manual do posicionamento dica quando o ciclo de feedback SPM (FB) é aberta. A posição (x, y, z) da ponta, bem como I (x, y, z) e Af (X, Y, Z) são passados ​​para o software VRinterface que traça-lo na cena virtual em 3D visto pelo operador vestindo o head-mounted display (HMD). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54506/54506fig3large.jpg" target="_blank">por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> A corrente de tunelamento que flui entre a ponta da SPM ea superfície é medido por um amplificador de transimpedância com um ganho variável que varia de 1 x outubro 3-1 x 10 9 V / A (largura de banda de ganho de 1 x 10 9 V / A é de 1 kHz). A saída do amplificador é alimentado no circuito fechado de realimentação de STM (FB) para regular a altura da ponta acima da superfície em modo de exploração corrente constante. A estabilidade da junção (com a oscilação TFS desligado) é 1-3 pm. O sinal de oscilação piezoeléctrico do TFS é amplificado em duas etapas: (1) pré-amplificador fixado à blindagem LN 2 (ganho de 1 x 10 8 V / A, de largura de banda de 20 kHz), e (2) amplificador de tensão externa com ganho variável de 1 1 x 10 a 5 x 10 4 e uma largura de banda de 1 MHz. Para experiências de HCM, a configuração SPM é estendido com: sistema de motion capture (MCS), fonte de tensão multicanal remotamente controláveis ​​(RVS), amplificador de soma e de cabeça realidade virtual montado display (HMD). Todos os dispositivos listados, exceto o summing amplificador foram adquiridos comercialmente. MSC é uma (IR) sistema infravermelho marcador de rastreamento que permite resolução milímetro de deslocamentos espaciais a uma taxa de 100 Hz. O sistema consiste em dois IR câmeras, um objeto rastreável (TO) e o software de controle. O software MCS obtém os x, y, z-coordenadas da TO no espaço 3D através da análise de suas imagens obtidas pelas duas câmaras. MCS fornece uma biblioteca de programação que permite o uso das coordenadas do TO em um programa de software separado. As coordenadas de a (x TO, y para, z TO) são passados para um programa de software customizado &quot;TipControl&quot;. A Figura 4 mostra uma captura de tela da interface gráfica do usuário. O software é ativado pelo botão &quot;Iniciar&quot; na janela. Após a ativação (τ = 0), o software define todas v x -, v y -, v z -voltages na RVS (faixa de tensão ± 10 V a 16resolução de bits, 50 de latência ms por degrau de tensão) de acordo com a seguinte expressão <img alt="equação 1" src="/files/ftp_upload/54506/54506eq1.jpg" /> etc, em que C, X c Y, c Z são os factores que convertem a 5 cm do deslocamento de A em 1 de deslocamento A da ponta da SPM. O factores p x (t), P y (t), z p (t) têm valores definidos pelo estado do x, y, z-caixas na janela do software. Se a caixa estiver marcada, então o p correspondente (t) é definido como 1. Todos os p (t) são definidos como 0 no momento em que o botão &quot;pause&quot; é pressionado na janela do software. Isso permite ao operador temporariamente &quot;congelar&quot; a posição da ponta. Pressionando o botão &quot;reset all&quot; na janela do software define v x -, v y -, v z -voltages a zero que retorna a ponta para a posição inicial definida pelo software SPM. O campo de texto &quot;comando manual para RVS&quot; no ca janela de software<html> n ser usado para definir qualquer um dos v x -, v y -, v z -voltages para qualquer valor na faixa permitida de ± 10 V. O v x -, v y -, v z -voltages gerado pela RVS são adicionados ao u x -, u y -, u sinais de tensão -output z da eletrônica SPM através de um amplificador de soma (ganho 1, largura de banda de 50 kHz, intervalo de saída ± 10 V). <img alt="figura 1" src="/files/ftp_upload/54506/54506fig4.jpg" /> Figura 4. Captura de tela da janela de interface. Dois indicadores exibem o status da conexão com sistemas de MCS e RVs. Caixas de seleção são usados ​​para ativar a mão-de controle ao longo de eixos espaciais selecionados. O botão &quot;Start&quot; inicia fluxo de dados entre MCS, TipControl e RVS acordo com o esquema mostrado na Figura 3. Botão &quot;Pause&quot; para o fluxo de dados. Botão &quot;Reset All&quot; define todas as RVS tensões a zero.= &quot;Https://www.jove.com/files/ftp_upload/54506/54506fig4large.jpg&quot; target = &quot;_ blank&quot;&gt; Clique aqui para ver uma versão maior desta figura. Para visualização dos dados experimentais (trajetória dica, I, Af) é usado um head-mounted display (HMD). O HMD fornece uma visão estereoscópica (ecrã dividido HD - metade para cada olho, 1.920 x 1.080 pixels a 75 Hz). Uma câmera IR dedicada rastreia a posição e orientação do HMD no espaço 3D usando IR-LEDs fixos na superfície do HMD. O sistema de rastreamento HMD permite ao operador alterar a vista dentro da cena de realidade virtual 3D por uma volta da sua cabeça ou simplesmente movendo seu corpo. O software personalizado escrito &quot;VRinterface&quot; recolhe os dados tanto da SPM e MCS, o torna na cena 3D usando OpenGL e exibe no HMD com a ajuda do kit de desenvolvimento de software HMDs (SDK). VRinterface recupera o x- real, Y, Z coordenadas da ponta directamente a partir dosoftware da ponta (alguns latência milissegundo), enquanto sinais I e Af são lidos diretamente a partir dos resultados do electrónica SPM (latência ≈ 250 ms). A Figura 5 mostra uma imagem da cena virtual 3D como visto pelo operador vestindo HMD durante HCM. Dentro do cenário virtual em 3D o ápice da ponta é processado como uma esfera branca. A coloração das trajectórias ponta gravados reflecte os valores de ambos os log (I (x, y, z)) ou Af (x, y, z). Alternando entre log (I (x, y, z)) ou Af (x, y, z) modos de cor é feita pela imprensa de um botão. Outro botão inicia a gravação (e exibir) de dados ponta trajetória experimentais. Quando pressionado novamente o botão pára a gravação. A cena virtual também mostra uma molécula PTCDA estático que é utilizado como uma ajuda visual durante a manipulação. O operador alinha manualmente a sua orientação para ajustar a orientação da molécula real sobre a superfície utilizando as teclas de um teclado. Cuidado: Porque a cabeça ttrasfega do HMD depende de IR-LED, que pode interferir com o MCS, uma vez que também usa a luz de IV para controlar a posição dos organismos. Portanto, para tem que ter uma forma única reconhecido pelo MCS. Isso ajuda a MCS para discriminar entre os sinais que vêm de TO e aqueles provenientes de IR-LEDs de HMD. <img alt="figura 1" src="/files/ftp_upload/54506/54506fig5.jpg" /> Figura 5. S creenshot da cena virtual 3D exibido para o operador em HMD durante HCM. Um conjunto de esferas brancas constitui um modelo Ag (111) de superfície. Orientação de superfície do modelo pode não coincidem necessariamente com a orientação da amostra. Um modelo da molécula PTCDA é colocado acima da superfície do modelo. C, O, átomos de H de PTCDA são mostrados em preto, vermelho e branco, respectivamente. Para efeitos de conveniência orientação azimutal da molécula modelo pode ser ajustado de acordo com a orientação da molécula verdadeira escolhidopara manipulação. A posição da ponta é marcada por uma única esfera branca que representa o átomo de ponta ápice mais externa. O tempo real I (x, y, z) e Af (x, y, z) os dados são apresentados como indicadores de barras colocados ao lado da ponta. Gravadas anteriormente, bem como as manipulações actualmente executadas são exibidas como trajectórias 3D cuja cor representa ou log (I (x, y, z)) ou (X, Y, Z) Af valores medidos nas posições da trajectória correspondente. A figura mostra trajetórias que são coloridas com log (, y, I (x z)) do sinal. O contraste de cores pode ser alternado entre log (I (x, y, z)) e Af (x, y, z) modos de pressionar de um botão. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54506/54506fig5large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>

<table><tbody><tr><td>LN2</td><td></td><td></td><td>cuidado: líquido criogênico</td></tr><tr><td>LHe</td><td></td><td></td><td>cuidado: líquido criogênico</td></tr><tr><td>PTCDA</td><td></td><td></td><td>cuidado: substância irritante</td></tr><tr><td>Célula de Knudsen (célula K)</td><td></td><td></td> <td>personalizada</td></tr><tr><td>Especificações</td><td></td><td>ErLEED</td><td>usadas com fonte de alimentação ErLEED 1.000 A</td></tr><tr><td>combiente LT NC-AFM/STM</td><td>Sensor Createc</td><td></td><td></td></tr><tr><td>qPlus</td><td>Pré-amplificador Createc</td><td></td><td>TFS</td></tr><tr><td></td><td>Amplificador Createc</td><td></td><td>para sinal de diapasão fixado ao escudo LN2 (estágio 1)</td></tr><tr><td>Pré-amplificador de tensão de baixo ruído</td><td>Amplificador externo Standford Research System</td><td>SR560</td><td>para sinal de diapasão (estágio 2)</td></tr><tr><td>Amplificador de corrente de baixo ruído de ganho variável</td><td>Femto</td><td>Amplificador DLPCA-200</td><td>para corrente de tunelamento</td></tr><tr><td>Bonita</td><td>Vicon</td><td>B10, SN: MXBN-0B10-3658</td><td>Câmera MCS IR</td></tr><tr><td>Dispositivo de interação Apex</td><td>Vicon</td><td>SN: AP0062</td> Varinha <td>de calibração MCS (TO)</td></tr><tr><td>Varinha de calibração MX</td><td>Vicon</td><td></td><td>MCS objeto de calibração</td></tr><tr><td>Rastreador</td><td>Software Vicon</td><td></td><td>MCS</td></tr><tr><td>Fornecimento</td> <td>de tensão da série BSamplificador de soma stahl-electronics</td><td>BS 1-4</td><td>RVS</td></tr><tr><td>&nbsp;</td><td></td><td></td><td>personalizado, ganho 1, baseado no amplificador operacional 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>software escrito sob medida</td></tr><tr><td>VRinterface</td><td></td><td></td><td>software escrito sob medida</td></tr></tbody></table>

mão controlado manipulação de solteiro moléculas através de um scanning probe microscope com uma interface de realidade virtual 3d

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

Considerando-se as moléculas orgânicas como os blocos de construção funcionais da tecnologia em nanoescala futuro, a questão de como organizar e montar esses blocos de construção em uma abordagem bottom-up ainda está aberta. O microscópio de varredura por sonda (SPM) pode ser uma ferramenta de escolha; No entanto, com base manipulação-SPM foi até recentemente limitada a duas dimensões (2D). A ligação da ponta SPM a uma molécula numa posição bem definida abre uma oportunidade de manipulação controlada no espaço 3D. Infelizmente, a manipulação 3D é em grande parte incompatível com o típico 2D-paradigma de visualização de dados e SPM geradora de um computador. Para manipulação intuitiva e eficiente que, portanto, casal de baixa temperatura sem contato atomic force / microscópio de tunelamento (LT NC-AFM / STM) a um sistema de captura de movimento e óculos de realidade virtual totalmente imersivos. Esta configuração permite a &quot;manipulação controlada mão&quot; (HCM), em que a extremidade SPM é movido de acordo com o movimento da mão do experimentador, wnquanto as trajectórias do bico, bem como a resposta da junção SPM são visualizados em 3D. CMH abre o caminho para o desenvolvimento de protocolos de manipulação complexa, o que pode conduzir a uma melhor compreensão fundamental das interacções entre as moléculas em nanoescala que actuam em superfícies. Aqui nós descrevemos a configuração e os passos necessários para alcançar a manipulação molecular controlado por mão de sucesso dentro do ambiente de realidade virtual.

Nota: Esta parte mostra o trabalho publicado em 7,8. Aplicando CMH para o problema de levantar PTCDA / Ag (111) para fora de uma camada, fomos capazes de escrever um padrão por remoção de moléculas individuais sequencialmente (Figura 9). No total, 48 moléculas foram removidas, 40 dos quais poderia ser depositada ao Ag limpo (111), que mostra que as moléculas permanecem intactos dura...

Demonstramos a manipulação precisa de moléculas orgânicas individuais em uma superfície metálica com a ponta de um microscópio de varredura acionado em 3D pela mão do experimentador usando um sistema de captura de movimento e óculos de realidade virtual totalmente imersivos.

Mão Controlado Manipulação de solteiro moléculas através de um Scanning Probe Microscope com uma interface de realidade virtual 3D

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

O objetivo geral da manipulação controlada por mão de moléculas individuais com o microscópio de sonda de varredura é a exploração sistemática e intuitiva de protocolos de manipulação em três dimensões. Este método amplia nossas capacidades no campo da nanotecnologia molecular. Por exemplo, possibilita refinar sistematicamente protocolos de manipulação para moléculas e estudar direções intermoleculares ou até fabricar estruturas supramoleculares complexas.A principal vantagem dessa técnica é sua natureza intuitiva. O pesquisador rompe com o molde da programação de trajetórias automáticas da ponta. E participa diretamente do processo de manipulação.Ampliar a manipulação de moléculas para a terceira dimensão e separar-se da superfície abre muitas oportunidades novas, mas, ao mesmo tempo, surge inevitavelmente a necessidade de controle de visualização 3D. Configure o microscópio de sonda de varredura em baixa temperatura acionado em 3D pela mão do pesquisador, utilizando um sistema de captura de movimento conforme descrito no protocolo textual. Também prepare uma amostra depositando PTCDA sobre prata um um um, conforme descrito no protocolo textual.Configure o microscópio de tunelamen

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Engenharia

Um novo sistema computacional com simulação de dinâmica molecular acelerada por GPU e visualização, análise e manipulação 3D/VR de nanoestruturas foi implementado, representando uma nova abordagem para avançar na pesquisa de materiais e promover investigações inovadoras e métodos alternativos para aprender sobre estruturas de materiais com dimensões invisíveis ao olho humano.

Novel 3D / VR ambiente interativo para MD Simulações, visualização e análise

Aqui nós descrevemos os instrumentos e métodos para a detecção de moléculas de proteína única fluorescently rotulados interagindo com uma única molécula de DNA suspenso entre duas microesferas opticamente presos.

Combinando uma única molécula de Manipulação e imagem para o estudo das interações proteína-DNA

A nanoscopia de sonda coloidal pode ser usada em uma variedade de campos para obter informações sobre a estabilidade física e a cinética de coagulação de sistemas coloidais e auxiliar na descoberta de medicamentos e ciências de formulação usando sistemas biológicos. O método descrito fornece um meio quantitativo e qualitativo para estudar tais sistemas.

O exame quantitativo e qualitativo dos Interações partícula-partícula coloidal Usando Probe Nanoscopia

Um método para investigar a estrutura de um fotorreceptor de proteína usando microscopia de força atômica (AFM) é descrito neste artigo. O Mapeamento Quantitativo de Propriedades Nanomecânicas PeakForce (PF-QNM) revela dímeros de proteínas intactos em uma superfície de mica.

Microscopia de Força Atômica da Red-Light fotorreceptores Usando Mapeamento PeakForce Quantitative nanomecânicos Propriedade

Apresentamos um protocolo para manipulação de vórtices individuais em filmes supercondutores finos, usando contato mecânico local. O método não inclui a aplicação de corrente, campo magnético ou etapas adicionais de fabricação.

Digitalizar Estudo SQUID de Manipulação Vortex por contato local

Uma combinação de solução e síntese assistida por superfície abre novas direções na síntese atomicamente precisa de nanoestruturas. A microscopia de tunelamento de varredura (STM) complementada pela microscopia atômica da força do não-contato (nc-AFM) permite a caracterização detalhada de nano-objetos carbono-baseados recentemente projetados e gerados.

Visualização microscópica de nanografenos porosos sintetizados através de uma combinação de solução e química na superfície

Este trabalho apresenta um fluxo de trabalho para rastreamento de posição atômica em imagens de microscopia eletrônica de transmissão de resolução atômica. Este fluxo de trabalho é realizado usando um aplicativo Matlab de código aberto (EASY-STEM).

Picometer-Precision Rastreamento de posição atômica através de microscopia eletrônica

Aqui, apresentamos um protocolo para investigar as propriedades mecânicas intracelulares de células isoladas de zebrafish em bidimensionais com medição direta de força por uma armadilha óptica.

Medições de força direta de mecânica subcelular em confinamento usando pinças ópticas

A bioquímica visual de molécula única estudada através de câmaras microfluídicas é muito facilitada usando barril de vidro, seringas à prova de gás, conexões estáveis de tubos para células de fluxo e eliminação de bolhas colocando válvulas de comutação entre as seringas e a tubulação. O protocolo descreve armadilhas ópticas duplas que permitem a visualização de transações de DNA e interações intermoleculares.

Uso de pinças ópticas duplas e microfluídicas para estudos de molécula única

A inspeção de amostras em larga escala com resolução em nanoescala tem uma ampla gama de aplicações, especialmente para wafers semicondutores nanofabricados. Microscópios de força atômica podem ser uma ótima ferramenta para esse fim, mas são limitados por sua velocidade de imagem. Este trabalho utiliza matrizes de cantiléver ativas paralelas em AFMs para permitir inspeções de alto rendimento e em larga escala.

Microscopia de Força Atômica de Sonda Ativa com Matrizes Cantilever Paralelas Quattro para Inspeção de Amostras em Grande Escala de Alto Rendimento

Aqui, mostramos o protocolo de imagem para observar interações biomoleculares com derivação fototérmica fora da ressonância (PORT), onde otimizamos os parâmetros de imagem, identificamos os limites do sistema e investigamos possíveis melhorias na montagem do motivo de DNA de estrela de três pontos de imagem.

Imagem de alta velocidade da microscopia atômica da microscopia da auto-montagem do motivo da Três-Ponto-estrela do ADN usando a torneira fototérmica da fora-ressonância

Aprenda a manipulação manual de moléculas individuais usando microscopia de sonda de varredura com interface de realidade virtual 3D. Este método intuitivo permite refinar protocolos e estudar interações moleculares em nanotecnologia.

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Mão Controlado Manipulação de solteiro moléculas através de um Scanning Probe Microscope com uma interface de realidade virtual 3D

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