Introduction
Atomik güç mikroskopi (AFM) nicel ve nitel görüntülemeyi sağlayan bir malzeme yüzeyinin tarama tekniğidir. 4-6 Geleneksel olarak, AFM yüzey topografisi, morfoloji ve çok-fazik malzemelerin yapısının değerlendirilmesi için kullanılır. AFM kantitatif hava ve sıvı ortamlarda hem de belirli bir prob ve yüzey arasındaki ücret, çekim, itme ve yapışma kuvvetleri olarak nano-ölçekli etkileşimlerini değerlendirmek için yeteneğine sahiptir. 7,8 aslen Binning, Quate ve Gerber 9 kullanımları tarafından geliştirilen AFM Bilinen / belirlenen duyarlılık ve örnek bir yaklaşım ve / veya tarama yay sabiti bir prob. Nedeniyle, prob ve örnek arasındaki fiziksel etkileşimler, konsol veya buna yakın temas sırasında saptırılır ve operasyon moduna bağlı olarak, bu sapma, prob ve numune arasında mevcut olan örnek veya ölçü kuvvetlerinin topografyası elde etmek için tercüme edilebilir. AFM techni modifikasyonlarıque, koloidal prob nanoscopy gibi, 10 doğrudan özel bir koloidal sistem içinde mevcut olan iki malzeme arasında, nano-kuvvet etkileşimlerini değerlendirmek için bilim sağladı.
Koloidal prob nanoscopy olarak, tercih edilen bir küresel parçacık geleneksel konik ve piramidal ipuçları değiştirerek, konsol tepe tutturulur. Bir küresel parçacık gibi Johnson, Kendal, Roberts (JKR) 11 ve Derjaguin, Landau, Vervwey, Overbeek (DLVO) 12-14 teori ve ölçüm yüzey pürüzlülüğünün etkisini en aza indirmek için teorik modelleri ile karşılaştırma yapabilmek için idealdir. 15 Bu teoriler bir kolloidal sistem içinde bekleniyor temas mekaniği ve parçacık arası güçleri tanımlamak için kullanılır. DLVO teorisi ise J, kantitatif sulu kolloidal sistemlerin toplama davranışlarını açıklamak için cazip van der Waals kuvvetleri ve (genellikle elektriksel çift kat) itici elektrostatik kuvvetler birleştirirKR teori, iki bileşen arasındaki esnek temas Modele temas basıncı ve yapışma etkisini içermektedir. Uygun bir sonda üretilir sonra, bu iki bileşen arasındaki kuvvetleri değerlendirmek için başka bir malzeme / parçacık yaklaşım kullanılır. Bir standart olarak imal ucu biri kullanarak o ucu ve seçim malzemesi arasında interaktif kuvvetleri ölçmek mümkün, ama bir ölçüye koloidal prob kullanmanın yararı çalışılan sistemin içinde bulunan malzemeler arasında bulunan güçlerin ölçüm sağlar olacaktır. Ölçülebilir etkileşimleri içerir:.. Yapışkan, çekici ve itici, şarj ve parçacıklar arasında bu da elektrostatik kuvvetlerin 16 ek olarak, koloidal parçacıkların sonda tekniği ve malzeme elastikliği arasında mevcut teğet kuvvetleri keşfetmek için kullanılabilir 17,18
Çeşitli medya ölçümlerini yapabilecek yeteneği kolloidal prob nanoscopy en önemli avantajlarından biridir. Ortam koşulları, sıvı media veya nem kontrollü koşullar incelenen bütün sistemin çevresel koşulları taklit etmek için kullanılabilir. Bir sıvı ortamında ölçümleri yapmak için yeteneği, doğal olarak meydana gelen bir ortamda, koloidal sistemlerin çalışma sağlar; böylece, kantitatif doğal haliyle doğrudan sisteme çevrilebilir veri elde edememek. Örneğin, ölçülü doz solunum cihazları (MDI) içinde mevcut MDI 'lerde parçacık etkileşimleri kullanılan itici benzer özelliklere sahip olan bir sıvı itici bir model kullanılarak incelenebilir. Havada ölçülen aynı etkileşimler soluma sistem varolanla temsili olmaz. Ayrıca, sıvı ortam nem girişi, bir ikinci yüzey aktif madde ya da bir MDI 'de parçacık etkileşimler üzerinde sıcaklığın etkisini değerlendirmek için modifiye edilebilir. Sıcaklığını kontrol etmek için yeteneği nasıl ısı üretiminde veya her iki değerlendirmek için koloidal sistemlerin imalatında belirli adımları taklit etmek için kullanılabilirKolloidal sistemlerin depolama parçacık etkileşimleri üzerinde bir etkisi olabilir.
Koloidal problar kullanılarak elde edilebilir ölçümler şunlardır; Topoğrafya tarama, bireysel kuvvet-mesafe eğrileri, kuvvet-mesafe yapışma haritalar ve kuvvet-mesafe ölçümleri yaşamak. Bu çalışmada sunulan kolloidal prob nanoscopy yöntemi kullanılarak ölçülen temel parametreler ek bileşenini, maksimum yük ve ayırma enerji değerleri içerir. Gizlenebilir çekici kuvvetlerin bir ölçüsüdür, maks maksimum yapışma kuvvetinin değerini yük ve ayırma enerji temas parçacık çekmek için gereken enerjiyi taşır. Bu değerler anlık veya bekleme kuvvet ölçümleri yoluyla ölçülebilir. Bekleme ölçümler iki farklı sapmayı ve girinti bulunmaktadır. Bekleme ölçüm uzunluğu ve türü, özellikle faydalı bir sistem içinde mevcut olan belirli bir etkileşimi taklit etmek için seçilebilir. Bir örnek sapma aynı yerde kalma kullanıyor - ki tutardispersiyonlar içinde oluşturulmuş büyüklüklerdeki geliştirmek yapışkan bağları değerlendirmek - arzu edilen bir değerde sapma temas örnekleri. Oluşan yapışkan bağlar, zamanın bir fonksiyonu olarak ölçülebilir ve uzun süreli depolama sonrasında agrega yeniden dağıtmak için gerekli olan kuvvetin bir bilgi sağlar. Bu yöntemi kullanarak elde edilebilir veri bolluk yönteminin çok yönlülüğü bir kanıtıdır.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1.. Kolloidal Probe ve AFM Yüzey Hazırlama
- Kolloidal sondalar hazırlamak için, yazarlar tarafından daha önce geliştirilen bir yöntemi kullanabilirsiniz. 19.
- Kısacası, 45 ° (Şekil 1A) belirli açıda bir uçsuz konsol tutturmak için 45 ° açılı tutucu kullanın.
- Bir mikroskop lamı üzerine epoksi ince bir tabaka bulaşması ile bir epoksi slayt hazırlayın. Mikroskop lamı ilave epoksi katman minimum yüksekliğinin olduğundan emin olmak için temiz bir spatula ya da yavaş bir azot akışı kullanın.
- Özel tasarlanmış tutucu (Şekil 1B) kullanılarak 40X optik zoom mikroskop lensi epoksi slayt yapıştırın. Sonra, epoksi slayt yaklaşım ve konsol üzerinde epoksi küçük bir miktar elde etmek için dirsekli kullanın.
- Ayrıca konsol (Şekil 1C) tepesinde ilgi tek bir parçacık takmak için bu adımları tekrarlayın.
- Koloidal par koymak suretiyle AFM tabakayı hazırlayıntermoplastik bir yapışkan kullanılarak AFM lamel üzerine partikülleri.
- 120 ° C, 35 mm yuvarlak kapak kayma ısıtın ve lamel yapışkanın küçük bir miktar uygulanır. Yüksek sıcaklık uygulamaları için, termoplastik yapıştırıcı eritmek için gereklidir.
- Daha sonra soğuk, tutkalın üzerine koloidal parçacıkları toz önce 40 ° C'ye kadar lamel. NOT: 40 ° C 'de yapıştırıcı yeterince parçacıklar yapıştırıcı içine gömülü hale olmaz ayarlanır, ancak yapıştırıcı partikülleri, substrata yapışır sağlamak için yeterince yapışkan olmasıdır.
- Bundan başka, oda sıcaklığına kadar soğumaya lamel ve fazla serbest parçacıkları darbe için hafif bir azot akışı kullanın.
- Bütün serbest parçacıklar alt-tabakanın kaldırılır sağlamak için koloidal prob ölçümler için kullanılacak olan sıvı ortam ile alt-tabaka birkaç kez yıkayın. Not: Bu, ölçüm sırasında serbest akan parçacık etkilerini azaltmak için önemli olan olabilir arasıkonsol ile hareket ve sonuçları hataları tanıtmak.
2.. Kolloidal Probe, hizalama Lazer ve değişikti Sistemi Montaj
- O-ring herhangi sızmasını önlemek için düzgün oturduğundan emin, bir sıvı hücrenin alt yarısında kolloidal parçacıkları ile lamel monte edin.
- Özellikle sadece ölçüm için bir sıvı hücrenin alt yarısını kullanıyorsanız, deney sırasında sızabilecek herhangi bir sıvıya karşı korumak, ve mikroskop sahneye sıvı hücre yerleştirmek için mikroskop sahneye hidrofobik şeffaf levha yerleştirin. NOT: Basitlik için bir sistem yeterli dengelenmiş olabilir verilir, bir sıvı hücrenin yalnızca alt yarısını kullanabilirsiniz; ucu - buharlaşma ölçüm ve etkilerinin sonuçları / okuma durumunu değiştirir.
- AFM tarama kafasına kolloidal sonda takın ve AFM üzerine monte. AFM enstrüman yazılımı ile, üzerinde düğmeleri kullanınodak haline konsol ucu getirmek için başını tararken. NOT: Tüm prosedürel adımlar ve ölçümler İltica Araştırma yazılımı ile bir MFP-3D-Bio AFM kullanılarak tamamlanmıştır.
- , Yoğunluğu en üst düzeye tarama kafasına uygun ayar düğmeleri kullanarak konsolun ucuna lazer hizalamak için.
- Sistem 5-10 dakika için ya da sapma değeri kararlı hale gelinceye kadar denge sağlaması için izin verin. Sıfır veya hafif negatif sapmasını getirmek için saptırma ayar düğmesini kullanın.
- Sistem havada dengeye sonra InvOLS (duyarlılık) ve koloidal prob yay sabitini hesaplamak için termal AFM yazılım (Master Panel penceresinde Thermal Panel) kullanın. NOT: gerçek ölçümün hassasiyeti tamamlanmasından ölçülür kadar bu duyarlılık geçici olarak (adım 4) kullanılacaktır.
- "Termal" Yakalama Veri tıklayın ardından "Cal Bahar Sabit" veya "Cal InvOLS" ve birini seçin.
- Bir zamanlarönemli bir zirve açıktır, veri yakalama durdurmak ve ana tepe üzerinde yakınlaştırmak için tıklayın.
- Otomatik olarak hesaplanır yay sabiti veya InvOLS değerlerini elde etmek ", Termal Veri Fit" takip "başlat Fit" üzerine tıklayın.
- Yavaş yavaş bir şırınga kullanılarak sıvı hücreye sıvı ortam 2 ml ekleyin ve hava kabarcığı dirsek etrafında mevcut olduğundan emin olun. Ortamın kırılma indeksi şimdi değişti beri, lazer yeniden hizalamak, ve bir kez daha deplasman değeri sıfıra geri sapmasını ayarlayarak önce stabilize sağlayan sistemin dengelenmesi. NOT: Büyük bir sıcaklık farkı çevre ve sıvı arasındaki varsa, dengeleme uzun sürer.
3.. Görüntüleme ve Veri Toplama
- 1 Hz, 90 ° tarama açısı, 0.2 V set noktası tarama hızı, 20 um ilk tarama boyutunu ayarlayın ve örnek bir tarama edinin. Çakışan iz elde etmek için gerektiği gibi kazanç ayarlayınve eğrileri kökenine.
- Ilgi çekici bir parçacık bulunduğunda, hemen önce kuvvet hacmi ölçümlerini elde etmek için alt-tabaka ile uzun bir prob etkileşimi sınırlamak için bu parçacığı üzerine zoom.
- Yakınlaştırdıktan sonra, tek bir parçacığın bir tek parçacığın ya da bir kısmının yeterli görüntü kazanır. Sonra yazılım Kuvvet Panel geçmek. , En yüksek konuma kırmızı konum çubuğunu getirmek 5 um, tarama hızı 0.1 Hz, hiçbiri tetik kanala kuvvet mesafeyi ayarlamak ve tek bir kuvvet ölçüm yapmak. Prob substratı temas etmez emin olun.
- Elde tek ölçüm grafikten, grafik penceresinin sağ tıklayarak sanal sapma hattı hesaplamak ve "Sanal Def Hattı Hesapla" seçeneğini seçerek. Bu, otomatik olarak sanal sapmasını hesaplamak ve yazılımı içinde gerektiği gibi değer güncellenir.
- 20 nm tetik nokta sapmaya ve ayarlamak için tetik kanalını değiştirin. Kuvvet dist ayarlayın1 um mesafeler ve ilgi ölçülen güçlerine bağlı olarak arzu edildiği gibi tarama hızını ayarlayın.
- Elle 2-3 ardışık ön tek kuvvet ölçümleri yapıldıktan sonra İnceleme Kuvvetleri Paneli'nde saptırma Ters Optik Kolu Hassasiyet (InvOLS) için değerini ayarlayın.
- Tek bir kuvvet ölçüm Davranış, sonra Master Kuvvet Masası açılır hangi Kuvvetleri Panelinde "Değerlendirme" butonuna tıklayın.
- En son tamamlanan kuvvet ölçümü vurgulayın. "Eksen" başlığı altında sadece "DeflV" işaretli olduğundan emin olun. "Eylül" açılır menüsünü kullanarak "X-Eksen" Girdi alanını değiştirmek ve tıkırtı "grafik yapmak."
- Usta Kuvvet Panelinde "Parm" sekmesine tıklayın ve grafiğin temas bölgesi tamamen dik kadar "InvOLS" değerini ayarlayın. Sonra Cal altında bulunan "Defl InvOLS" alanına bu değeri doldurmak60; ana Master Panel penceresinde bulunur Kuvvet sekmesinde alt-tab.
- InvOLS değeri önemli ölçüde değişmemesini sağlamak için bu 2-3 kez tekrarlayın.
- Şimdi tüm parametreler kurulmuş olması, sıvı ortam seviyesi hala yeterli ve saptırma hala stabil olduğunu emin olun. NOT: Şu anda, tek kuvvet eğrileri veya kuvvet haritaları elde edilebilir. Bekleme kuvvet ölçümleri istenirse, bekleme seçenekleri Kuvvet Masası ulaşılabilir.
Analiz için Duyarlılık 4. Post-ayarlama
- Ölçüm satın tamamlanmasından sonra, koloidal probun gerçek duyarlılığını ölçer. Bunu yapmak için, örneğin mika gibi, bir "sonsuz" sert bir yüzeye karşı aynı sıvı ortam içinde koloidal probu ile nispeten büyük bir sapma / kuvvet kullanarak bir kuvvet ölçüm yapmak. Not: büyük sapma / kuvvet collo hasar verebileceği için duyarlılık Deneylerin tamamlanmasından sonra elde edildigözenekli veya kırılgan kolloidler ile hazırlanan idal sondalar.
- Temas bölgesinin bir eğimi hassasiyeti otomatik olarak (Şekil 2) hesaplamak için yazılımı tarafından kullanılır. Bu özel koloidal prob kullanılarak elde edilen tüm eğrilerin veri analizi sırasında bu hassasiyet gerçek değerini kullanın.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Sıvı koloidal sistemleri çeşitli farmasötik ilaç verme sistemleri kullanılmaktadır. Inhalasyon ilaç dağıtım için, ortak bir koloidal sistem süspansiyon, basınçlı ölçülü doz solunum cihazı (pMDI) 'dir. PMDI içinde mevcut Parçacık etkileşimleri formülasyonu fiziksel denge, depolama, ve ilaç dağıtım bütünlüğü hayati bir rol oynamaktadır. Bu makalede, bir model itici (2H, 3H-perfluoropentan) gözenekli lipid bazlı partiküller arasındaki parçacık arası kuvvetler (yaklaşık 2 um ortalama tanecik çapı optik) işlevselliğini ve sunulan bağlantılı olası hataları iletmek için oda sıcaklığında değerlendirildi işlemdir.
Şekil 3, iki temsili koloidal prob koloidal prob nanoscopy için kullanılabilir lipid tabanlı bir inhalasyon parçacıklar kullanılarak hazırlandı gösterir. Bu, tek bir kolloidal parçacık, en belirgin özelliğidir ve birinci nokta olacak şekilde konsol tepe yapıştırılmıştır önemlidirölçümü sırasında başvurun. Bu, ölçülen etkileşimleri kolloid parçacık sadece nedeniyle olmasını sağlar. Çoklu tanecikler ya da tanecik topaklarının takılması nedeniyle aynı anda alt-tabaka üzerinde aynı tek parçacık mevcut algılama ikisinin de neden olduğu çoklu konsol deplasmanlar için hatalı sonuçlar (Şekil 4) üretebilir. Uygun şekilde hazırlanmış koloidal problar kullanılarak, örneğin Şekil 5'te gösterildiği gibi bir partikül substratın topografik görsel bir sıvı ortam içinde elde edilebilir.
Kolloidal sonda kullanılarak topografya taramaları bilenmiş bir konik uç kullanarak elde edilenden daha az belirgin olacaktır; Bununla birlikte, CPN olarak, bir topografik tarama ana amacı parçacık arası etkileşimleri değerlendirmek için kullanılabilir alt-tabaka üzerinde bir parçacık tespit etmektir. 6, bir sıvı ortam içinde koloidal prob ölçümleri gerçekleştirirken bir karşılaşabilir çok güç eğrileri Şekil taşır . Sıvı ölçümleriÖlçüm sırasında hata daha fazla kaynak içeren ve bir uygun ölçüm (Şekil 6A) ve doğruluk üzerindeki etkisini en aza indirmek için tüm kaynakların farkında olmalıdır.
Şekil 6B'de kuvvet eğrisinin belirgin hızlı ve keskin tepe ölçüm sırasında sisteme ani rahatsızlık göstergesidir. Bu AFM araç hareket veya ani ve hızlı bir şekilde istikrarsızlık kısa bir sürede sonuçlanır arka (örn. kapı çarpması, hapşırma) ani bir gürültü isnat edilebilir. Şekil 6C ise konsol yaklaşması ve geri çekilmesi ile taban arasında dalgalanma sıvı ortam ile ilgili bir sorun göstermektedir. Sıvı hücre yeterli ortamın buharlaştırma sistemi ve ölçüm stabilitesi üzerinde büyük bir etkiye sahip olduğu izin dolu değilse, bu oluşabilir. Bu istikrarsızlığın alternatif bir kaynak Sıvı sabun içindeki konsol uygunsuz dengelenmesinden arasında olabiliranalizden önce id ortamı. Konsol sıcaklık değişimlerine ve bu sıvı hücre 'kapalı tepesi' olarak hareketlerine duyarlı olan yeterli yeniden dengeleme zamanı gerektirir. Şekil 6D temel bir yaklaşım sırasında kayma ve döngü geri gösteriyor. Bu temiz kaydırma anlık kuvvet ölçümleri sırasında varolmayan, ancak bekleme kuvvet ölçümleri daha belirgindir. Bu sapma da dahil olmak üzere çeşitli nedenlerle oluşabilir konsol ısı kayması, bir etkisi olduğu: ortamın, sıcaklıktaki bir değişikliğe yol açan sıvı ortam yavaş buharlaştırma hala çevre sıcaklığına dengelenmesi bir ortam kullanılarak, ya da iletken ideal olarak kontrol olmayan bir ortamda ölçümü. Ölçüm sırasında, sıvı ortam sıcaklığındaki az sürekli kaymalar bu akımlarını oluşturur. Ölçüm sürüklenme Bu tür kapalı bir sıvı hücre ölçüm sırasında kullanılan sürece, yüksek buharlaştırma sıvılar için kontrol etmek zordur; however en AFM analiz yazılımı gibi sürüklenir düzeltebilirsiniz.
Bütün hata kontrol kaynakları hafifletilmiştir ve sistemi uygun şekilde dengelenmiş sonra yapışma haritalama numunenin belirli bir büyüklüğü karşısında büyük bir istatistik vücut verilerin elde edilmesi için kullanılabilir. Kuvvet eşleme parçacık yapıştırıcı kuvvetler üzerinde topografya etkisini (Şekil 7) değerlendirmek için, bağımsız bir şekilde veya topografik tarama ile bağlantılı olarak kullanılabilir. Yüksekliğine göre örnek bir topografik haritası hangi konsol iletişim alt-tabaka (Şekil 7A) ve her bir kuvvet eğrisinin maksimum çekme kuvveti (Şekil 7B) ileten bir yapışma harita: Kuvvet eşleme ilgi iki ana grafikleri de sağlanacaktır. Şekil 7B'de grafik, aynı zamanda bir yapışma sayısal ortalama ve standart sapma elde etmek ve ek olarak tüm numune üzerinde kuvvetleri, hem de ayırma enerji için de kullanılabilir. Bu ham veriler grahs numune (Şekil 7C / D) arasında yapışma ölçümlerinin topografya veya yayılması, üç boyutlu temsilleri olarak görüntülenebilir ve bunları kaplayan (topografisinin bir fonksiyonu olarak yapışma kuvvetlerinin dağılımının üç boyutlu bir gösterimini üretecek Şekil 7E). Bu tip veriler kolloidler ve nasıl yüzey kolloidler ayrıca etki etkileşimleri arasında mevcut olan kuvvetlerin önemli bir anlaşılmasını sağlar.
Ayrıca ikamet kuvvet ölçümleri temas mekaniği ve yapışkan güçlerine temas uzunluğunun etkisini değerlendirmek için kullanılabilir. Bu sapma ile aynı yerde kalma plato sırasında katı lipid parçacıkları ölçülen yapışkan kuvvetleri (Şekil 8) üzerinde aynı yerde kalma etkisini ifade etmek için kullanılmıştır. Şekil 8, aynı yerde kalma girinti kullanılarak zamanın bir fonksiyonu olarak, bu yapışkan kuvvetleri artışa işaret etmektedir. Bu eğilim daha uzun bekleme sürelerinde (180 sn) daha belirgin hale gelir.
.. Koloidal prob nanoscopy için koloidal probları üretmek için kullanılan yöntem Şekil 1 Tasvir (A) AFM konsol, 45 ° konsol tutucu özel tasarlanmış bağlanmış, (B) epoksi / parçacık slayt ikinci bir tutucu yapıştırılmıştır üzerine kaydırılır olduğu mikroskop lens, (C) yavaş yavaş konsol epoksi ve bir parçacık elde etmek için yükseltilir.
Şekil 2,. Konsol duyarlılığı z-mesafe eğrisi üzerindeki bükülme bir temas bölgesinde eğimidir.
Şekil 4,. Yapıştırılmış çoklu parçacıklar koloidal bir probun kullanılması, substratın topografik tarama esnasında alt-tabaka üzerinde, tek bir parçacık mevcut olan hatalı çoğaltılması neden olabilir.
Doğru hazırlanmış bir koloidal prob kullanılarak elde Şekil 5.. Topografyası tarar. (A) büyük birilgi çoklu parçacıklar açığa taraması, (B) ilgi duyulan bir ana parçacık açıklamadan daha odaklanmış bir tarama, (C) tek bir parçacığın yüzeyi üzerinde odaklanmış bir tarama.
.. İyi bir kuvvet eğrisinin Şekil 6 bir farkında olmalıdır çeşitli sınırlamalara elde Kuvvet eğrileri (A) Örnek, AFM hareketi ile veya ölçüm sırasında mevcut gürültü ile ya bir rahatsızlık gösteren (B) kuvvet eğrisi; (C ) nedeniyle un-dengelenmiş dirseğe dalgalanma geri çekme / kararsız yaklaşımı yol açabilir; çünkü yavaş buharlaşma ölçümü, varolanla sırasında (D) termal sürüklenme mevcut orta ya da kararsız çevre kontrolü soğutma lider.
.. Numune yüzeyinin koloidal nanoscopy prob kullanılarak elde edilebilir Şekil 7, yapışma kuvveti eşleme (A) topoğrafik dağılımı;. (B) numune üzerinde maksimum yapışma kuvvet dağılımı (C / D) grafikler 3 boyutlu temsilleri gösterilmiştir sırasıyla a ve b, (E) topografisinin bir fonksiyonu olarak yapışma güçlerinin bir tek, üç boyutlu bir gösterimini üretmek topografya ve yapışma güçleri kaplaması.
Şekil 8,. Iki farklı kalma ölçümleri (n = 30), (◊) ind kullanılarak yerde kalma süresinin bir fonksiyonu olarak ölçülür yapışma kuvvetlerientation (□) saptırma; *% 95 güven (P <0.05) ile bir, iki kuyruklu t-testi kullanılarak, belirli bir zaman noktasında değerleri arasında önemli bir fark olduğunu gösterir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Sıvı kolloidal prob nanoscopy sırasında mevcut sistem istikrarsızlık çeşitli kaynakları kolayca uygun dengeleme işlemleri yoluyla hafifletilebilir. Daha önce ele alındığı gibi istikrarsızlıklar, objektif olarak analiz etmek daha zordur hatalı sonuçlara ve güç eğrileri neden olur. Instabilite tüm kaynakları eğiliminde olmuştur ve Şekil 4 'de gösterilene benzer bir grafik hala mevcut olduğu takdirde, başka bir ölçüm parametresi neden olabilir. Kolloidal prob nanoscopy sırasında dikkate almak önemlidir Diğer ölçüm parametreleri konsol yapan ve numuneden geri çekilmiş olduğu hız ve kuvvet ölçüm tetik noktası sayılabilir. Buna ek olarak, bu koloidal sondanın merkezinin yeri, geleneksel AFM ucundan farklı olabileceğini belirtmek gerekir. Bu nedenle, ölçüm doğruluğu artırmak için doğrudan tarama parçacığın merkezi üzerinde lazer nokta yerleştirmek için tavsiye edilir.
Bent bir ölçme ve sıvı ortam içinde kullanım için uygun olan bir ilgi kuvvet için yeterli olan bir hız seçmek önemlidir. Sadece partiküller arasında mevcut olan yapışma kuvvetlerine ilgilenen durumunda, yaklaşımın hızı önemli değildir. Ancak, parçacıklar arasındaki çekici ve itici kuvvet ölçümleri için, bir yaklaşım seçimi ve yeterince yavaş bir hızda geri çekmek önemlidir. Bir yaklaşım hızı etkileşimleri değil hız Konsolun sapmasını hakim izin seçilmelidir. Bir sıvı ortam içinde çok yavaş bir yaklaşımı Şekil 6C benzer kararsız taban üretecek hızlı bir yaklaşım oluşturmak için cazip etkileşimleri için zaman tanımak gölgede olup olacaktır. Konsol üzerinde sıvı kaldırma kuvveti konsol yaklaşımda kullanılan kuvvete benzer olduğu için yavaş yaklaşmasının neden olduğu istikrarsızlık olduğu.
Önce veri kabul edilmesi gereken bir diğer ölçüm parametreedinimi son tetik güçtür. Çok büyük bir tetikleme kuvveti ölçüm sırasında büyük deformasyonlara neden olabilir ve hatta malzeme özelliklerine bağlı olarak, ya da prob örneği parçalamak olabilir. , Prob ve örnek arasındaki sıvı tabaka yeterli derecede parçacıklar arasındaki dışarı itilmiş olabilir Alternatif olarak, bir kuvvetin çok küçük, eksik sonuçlar üretecek, bu şekilde ölçülen etkileşim parçacık-parçacık değildir. Yöntem optimizasyonu düzgün taranması ve elde edilen veriler gösterilebilir ve doğru olmasını sağlamak için çeşitli ölçüm parametrelerini test etmek önemlidir.
Kuvvet, Şekil 7'de gösterilen harita büyük kolaylıkla elde veri setleri sağlayabilir. Topografik haritası ve daha sonra üst üste üç-boyutlu temsillerinin çözünürlüğü doğrudan gerçekleştirilen ölçümlerin sayısı ile ilişkilidir. Ancak, hatta veri noktaları daha çok sayıda yüksek çözünürlüklü görüntüler üretecek olsa, tarama süreleri büyük ölçüde artırılabilir.Kuvvet haritalama genelinde dengeli sıvı ölçüm sistemleri tutulması sıvı ortam ve çevre denetimleri bağlı olarak zor olabilir. Büyük endişelerden biridir sıvı buharlaşma, düzenli ek sıvı ile sistemin 'kapalı tepesi' ile sınırlı olabilir. Bununla birlikte, tarama durdurulmuş ve yeterli bir süre önce ölçüm sürdürme için sistemin yeniden dengelenmesi için verilir şarttır. Uygun bir tarama süresi, sistem, ölçümlerin doğruluğunu sağlamak için sabit tutulabilir sağlamak için seçilmelidir.
, Anlık kuvvet eğrileri yapmak kuvvet eğrileri yaşamak ve kuvvet haritaların büyük veri setleri için yeteneği doğal olarak meydana gelen taklit ortamlarda kolloidal sistemlerde mevcut etkileşimleri değerlendiren kolloidal prob nanoscopy çok yönlülük taşır. Burada detaylı olarak açıklanan yöntem kullanılarak elde edilen deneysel veriler koloidal sabitliğine anahtar bakış açısı, elektrostatik etkileşimler, sağlayabilirnd pıhtılaşma kinetiği. Bu bilgiler, ekran ve ya çeşitli sanayi genelinde mevcut kolloidal sistemler geliştirmek için kullanılabilir. Buna ek olarak, bu yöntem hücre etkileşimleri ve işlevleri ile ilgili bazı ilaçların veya maddelerin etkisini (koloidal sonda üzerinde elde edilmiş) değerlendirmek için biyolojik hücre çizgileri ile birlikte kullanılabilir. Bu küçük molekül, ilaç keşfi ve formülasyon tasarımında büyük bir fikir sağlayabilir. Ayrıca, mikrondan küçük ve hatta nano-kolloidal probları üretme yeteneği son gelişmeler ile, bir hatta nano-koloidal sistemlerini incelemek için burada sunulan yöntemini kullanabilirsiniz.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Acknowledgments
Yazarlar kabul (1) Nanobiyomedikal Bilim ve Dankook Üniversitesi Rejeneratif Tıp BK21 PLUS NBM Küresel Araştırma Merkezi ve Bölümü'nden mali destekler Öncelik gelen NRF, Kore Cumhuriyeti, (tarafından finanse Araştırma Merkezleri Programı (No 2009-0093829) 2) tesisleri ve Sydney Üniversitesi Mikroskopi ve Mikroanaliz Avustralya Merkezi'nin bilimsel ve teknik yardım,. HKC Bir Keşif Projesi hibe (DP0985367 & DP120102778) aracılığıyla mali destekler için Avustralya Araştırma Konseyi minnettar olduğunu. WCH bir bağlantı Projesi hibe (LP120200489, LP110200316) aracılığıyla mali destekler için Avustralya Araştırma Konseyi minnettar olduğunu.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Double-Bubble Epoxy | Hardman | 4004 | |
| Veeco Tipless Probes | Veeco | NP-O10 | |
| Porous Particles | Pearl Therapeutics | ||
| Atomic Force Microscope (MFP) | Asylum | MFP-3D | |
| SPIP Scanning Probe Image Processor Software | NanoScience Instruments | ||
| 35 mm Coverslips | Asylum | 504.003 | |
| Tempfix | Ted Pella. Inc. | 16030 |
References
- Sindel, U., Zimmermann, I. Measurement of interaction forces between individual powder particles using an atomic force microscope. Powder Technology. 117, 247-254 (2001).
- Ducker, W. A., Senden, T. J., Pashley, R. M. Direct measurement of colloidal forces using an atomic force microscope. Nature. 353, 239-241 (1991).
- Israelachvili, J. N., Adams, G. E. Measurement of forces between two mica surfaces in aqueous electrolyte solutions in the range 0–100 nm. Journal of the Chemical Society, Faraday Transactions. 1, 975-1001 (1978).
- Upadhyay, D., et al. Magnetised thermo responsive lipid vehicles for targeted and controlled lung drug delivery. Pharmaceutical Research. 29, 2456-2467 (2012).
- Chrzanowski, W., et al. Biointerface: protein enhanced stem cells binding to implant surface. Journal of Materials Science: Materials in Medicine. 23, 2203-2215 (2012).
- Chrzanowski, W., et al. Nanomechanical evaluation of nickel–titanium surface properties after alkali and electrochemical treatments. Journal of The Royal Society Interface. 5, 1009-1022 (2008).
- Tran, C. T., Kondyurin, A., Chrzanowski, W., Bilek, M. M., McKenzie, D. R. Influence of pH on yeast immobilization on polystyrene surfaces modified by energetic ion bombardment. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 104, 145-152 (2013).
- Page, K., et al. Study of the adhesion of Staphylococcus aureus to coated glass substrates. Journal of materials science. 46, 6355-6363 (2011).
- Binnig, G., Quate, C. F., Gerber, C.
- Butt, H. -J. Measuring electrostatic, van der Waals, and hydration forces in electrolyte solutions with an atomic force microscope. Biophysical Journal. 60, 1438-1444 (1991).
- Johnson, K., Kendall, K., Roberts, A. Surface energy and the contact of elastic solids. Proceedings of the Royal Society of London. A. Mathematical and Physical Sciences. 324, 301-313 (1971).
- Deraguin, B., Landau, L. Theory of the stability of strongly charged lyophobic sols and of the adhesion of strongly charged particles in solution of electrolytes. Acta Physicochim: USSR. 14, 633-662 (1941).
- Derjaguin, B., Muller, V., Toporov, Y. P. Effect of contact deformations on the adhesion of particles. Journal of Colloid and Interface Science. 53, 314-326 (1975).
- Verwey, E. J. W., Overbeek, J. T. G.
- Kappl, M., Butt, H. J. The colloidal probe technique and its application to adhesion force measurements. Particle & Particle Systems Characterization. 19, 129-143 (2002).
- Tran, C. T., Kondyurin, A., Chrzanowski, W., Bilek, M. M., McKenzie, D. R. Influence of pH on yeast immobilization on polystyrene surfaces modified by energetic ion bombardment. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. , (2012).
- Sa, D. J., de Juan Pardo, E. M., de Las Rivas Astiz, R., Sen, S., Kumar, S. High-throughput indentational elasticity measurements of hydrogel extracellular matrix substrates. Applied Physics Letters. 95, 063701-063701 (2009).
- Zauscher, S., Klingenberg, D. J. Friction between cellulose surfaces measured with colloidal probe microscopy. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 178, 213-229 (2001).
- Sa, D., Chan, H. -K., Chrzanowski, W. Attachment of Micro- and Nano-particles on Tipless Cantilevers for Colloidal Probe Microscopy. International Journal of Colloid and Interface. , (2014).
