атомно-силовой микроскоп. Документ Microsoft Office Word. Сканирующая зондовая микроскопия в исследовании биологических объектов Сканирующие зондовые микроскопы
 Скачать 20.27 Kb.
|
|
Сканирующая зондовая микроскопия в исследовании биологических объектов Сканирующие зондовые микроскопы (СЗМ, — класс микроскопов для получения изображения поверхности и её локальных характеристик. Процесс построения изображения основан на сканировании поверхности зондом. В общем случае позволяет получить трёхмерное изображение поверхности (топографию) с высоким разрешением. (слайд 2) Первым сканирующим зондовым микроскопом был Сканирующий туннельный микроскоп (СТМ) микроскопов - был изобретен в 1981 году швейцарскими учеными Гердом Биннигом и Генрихом Рорером В своих работах они показали, что это достаточно простой и весьма эффективный способ исследования поверхности с пространственным разрешением вплоть до атомарного. Настоящее признание данная методика получила после визуализации атомарной структуры поверхности ряда материалов и, в частности, реконструированной поверхности кремния. В 1986 году за создание туннельного микроскопа Г. Биннигу и Г. Рореру была присуждена Нобелевская премия по физике. Вслед за туннельным микроскопом в течение короткого времени были созданы атомно-силовой микроскоп ( АСМ), магнитно-силовой микроскоп (МСМ), электросиловой микроскоп (ЭСМ), ближнепольный оптический микроскоп (БОМ) и многие другие приборы, имеющие сходные принципы работы и называемые сканирующими зондовыми микроскопами. В настоящее время зондовая микроскопия - это бурно развивающаяся область техники и прикладных научных исследований. Слайд 3 Наиболее распространенными СЗМ являются Сканирующий туннельный микроскоп (СТМ) — для получения изображения используется туннельный ток между зондом и образцом, что позволяет получить информацию о топографии и электрических свойствах образца. Атомно-силовой микроскоп (АСМ) — регистрирует различные силы между зондом и образцом. Позволяет получить топографию поверхности и её механические свойства. Сканирующий ближнепольный микроскоп (СБОМ) — для получения изображения используется эффект ближнего поля . Отличительной особенностью СЗМ является наличие: зонда, системы перемещения зонда относительно образца по 2-м (X-Y) или 3-м (X-Y-Z) координатам, регистрирующей системы. Регистрирующая система фиксирует значение функции, зависящей от расстояния зонд-образца. Обычно регистрируемое значение обрабатывается системой отрицательной обратной связи, которая управляет положением образца или зонда по одной из координат (Z). Работа сканирующего зондового микроскопа основана на взаимодействии поверхности образца с зондом (кантилевер, игла или оптический зонд). При малом расстоянии между поверхностью и зондом действие сил взаимодействия (отталкивания, притяжения, и других сил) и проявление различных эффектов (например, туннелирование электронов) можно зафиксировать с помощью современных средств регистрации. Для регистрации используют различные типы сенсоров, чувствительность которых позволяет зафиксировать малые по величине возмущения. Остановимся подробнее на каждомвиде микроскопа Основные типы сканирующих зондовых микроскопов: Сканирующий атомно-силовой микроскоп Сканирующий туннельный микроскоп Ближнепольный оптический микроскоп Общий вид АСМ представлен на слайде Следующий слайд кантилеверы АСМ В биологических исследования с помощью СЗМ возможно изучать материалы и биологические объекты в нормальных для этих объектов условиях. Например, изучение биомакромолекул и их взаимодействий, живых клеток. Применение метода атомно-силовой микроскопии ( АСМ) предоставило уникальную возможность исследовать биологические объекты, не используя сложных методов фиксации. Кроме того, можно изучать нативные клетки, не прибегая к фиксации Атомно-силовая микроскопия (АСМ) в настоящее активно используется для изучения структурных особенностей биологических макромолекул (белков, ДНК), поскольку позволяет получать изображения с разрешением в несколько нанометров. Слайд Кантилеверы для АСМ Наряду с исследованием сухих образцов, АСМ позволяет исследовать молекулы и в буферных растворах. слайд Атомно-силовая микроскопия, совмещенная с инвертированным оптическим микроскопом, позволяет сочетать общепринятые оптические методики с методами сканирующей зондовой микроскопии. Специально разработанная система освещения позволяет облучать образец конденсором микроскопа при установленной АСМ измерительной головке [2] На рис. 23 представлены светлопольное и фазоконтрастное оптические изображения клеток фибробласта человеческого эмбриона, полученные в процессе сканирования АСМ. Клетки были выращены и зафиксированы на покровном стекле с последующим высушиванием. С помощью АСМ можно проводить Исследование структуры и организации макромолекул слайд токсины Изучение клеток крови методами АСМ Изучение вирус - клеточного взаимодействия методами АСМ слайд и след слайд На рис.32а показана тонкая структура мембраны эритроцитов в норме, особенности рельефа, наблюдаемые на мембране интерпретируются как спектриновый мембранный скелет [16,17]. На рис.32б можно увидеть, что воздействие вирусов влияет на мембрану эритроцитов, в частности, происходит размытие мембранного скелета. На рис.32в видны кластеры, регулярно наблюдающиеся на краю эритроцитов, взаимодействовавших с вирионами и не наблюдающиеся на нативных клетках. В настоящее время причины их появления не ясны. АСМ для крупных биологических объектов слайд нематода Кроме исследования морфологии с помощью АСМ можно исследовать и другие характеристики: Модуль Юнга, характризующий жесткость поверхности. В основе данного метода лежит измерение степени деформации поверхности образца при взаимодействии с вершиной зонда асм Также исследование электрических свойств клеток их поверхностный потенциал в режиме Зонда Кельвина с использованием кантилевера с токопроводящим титановым покрытием Сканирующий туннельный микроскоп Сканирующий туннельный микроскоп (СТМ) — для получения изображения используется туннельный ток между зондом и образцом, что позволяет получить информацию о топографии и электрических свойствах образца. Возможно исследование только проводящий структур. обычно отображаются малые молекулы, такие как ароматические молекулы, жирные кислоты, углеводороды и молекулы жидких кристаллов. Хотя были предприняты попытки получить структурную информациюо более крупных биологических макромолекулярных образцах, которые являются непроводящими, механизмы генерации изображений и их интерпретация неясны. Исследование биологических объектов – макромолекул (в том числе и молекул ДНК), вирусов и других биологических структур. Сканирующий оптический микроскоп Ближнего поля слайд Повышение разрешения БОМа достигается детектированием рассеяния света от изучаемого объекта на расстояниях меньших, чем длина волны света слайд В случае, если зонд (детектор) микроскопа ближнего поля снабжен устройством пространственного сканирования, то такой прибор называют сканирующим оптическим микроскопом ближнего поля. Такой микроскоп позволяет получать растровые изображения поверхностей и объектов с разрешением ниже дифракционного предела. Уникальность ближнепольной оптической микроскопии по сравнению с другими сканирующими методами состоит в том, что изображение строится непосредственно в оптическом диапазоне, в том числе видимого света, однако разрешение многократно превышает разрешение традиционных оптических систем. Слайд хромосом человека слайд |