ОСОБЕННОСТИ ПРОВЕДЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ В ЖИДКИХ СРЕДАХ МЕТОДОМ АТОМНО-СИЛОВОЙ МИКРОСКОПИИ

Предмет исследования.Приведены результаты экспериментального исследования особенностей проведения измерений в жидких средах на атомно-силовом микроскопе с выявлением лучших режимов, буферных сред, обнаружением артефактов изображения и их возможным устранением. Метод. Исследования проведены на атомно-силовом микроскопе NtegraAura(NT-MDT, Россия) с использованием штатной призмы держателя зондов и жидкостной ячейки для проведения измерений в жидкости. В качестве рабочей подложки выбрана калибровочная решетка TGQ1 (NT-MDT, Россия) со структурами фиксированной формы и высоты. Основные результаты. Проведены исследования работы зондов в жидких средах cразным pH(дистиллированная вода, PBS – натрий-фосфатный буфер, Na₂HPO₄ – боратный буфер, NaOH 0,1 M, NaOH 0,5 M) в контактном и полуконтактном режимах работы. Выявлены оптимальные режимы работы и лучшие среды для проведения измерений. Приведено сравнение данных атомно-силовой микроскопии с результатами сканирующей электронной микроскопии. Рассмотрены особенности реагирования системы обратной связи на процесс взаимодействия системы «зонд–поверхность» на кривых отвода/подвода в различных средах. Изучен артефакт инверсии изображения и приведены рекомендации по его устранению. Практическая значимость. Результаты исследования открывают возможность точной настройки метода для проведения исследований объектов живой и неживой природы методами атомно-силовой микроскопии в жидких средах.

1. Touhami A., Jericho M.H., Beveridge T.J. Atomic force microscopy of cell growth and division in staphylococcus aureus // Journal of Bacteriology. 2004. V. 186. N 11. P. 3286–3295. doi: 10.1128/JB.186.11.3286-3295.2004
2. Lyubchenko Y.L. Preparation of DNA and nucleoprotein samples for AFM imaging // Micron. 2011. V. 42. N 2. P. 196–206. doi: 10.1016/j.micron.2010.08.011
3. Webb H.K., Truong V.K., Hasan J., Crawford R.J., Ivanova E.P. Physico-mechanical characterisation of cells using atomic force microscopy – current research and methodologies // Journal of Microbiological Methods. 2011. V. 86. N 2. P. 131–139. doi: 10.1016/j.mimet.2011.05.021
4. Dulebo A., Preiner J., Kienberger F., Kada G., Rankl C., Chtcheglova L., Lamprecht C., Kaftan D., Hinterdorfer P. Second harmonic atomic force microscopy imaging of live and fixed mammalian cells // Ultramicroscopy. 2009. V. 109. N 8. P. 1056–1060. doi: 10.1016/j.ultramic.2009.03.020
5. Gladnikoff M., Rousso I. Directly monitoring individual retrovirus budding events using atomic force microscopy // Biophysical Journal. 2008. V. 94. N 1. P. 320–326.
6. Mateu M.G. Mechanical properties of viruses analyzed by atomic force microscopy: a virological perspective // Virus Research. 2012. V. 168. N 1-2. P. 1–22. doi: 10.1016/j.virusres.2012.06.008
7. Kuznetsov Y.G., Xiao C., Sun S., Raoult D., Rossmann M., McPherson A. Atomic force microscopy investigation of the giant mimivirus // Virology. 2010. V. 404. N 1. P. 127–137. doi: 10.1016/j.virol.2010.05.007
8. Kailas L., Ratcliffe E.C., Hayhurst E.J., Walker M.G., Foster S.J., Hobbs J.K. Immobilizing live bacteria for AFM imaging of cellular processes // Ultramicroscopy. 2009. V. 109. N 7. P. 775–780. doi: 10.1016/j.ultramic.2009.01.012
9. Tian Y., Li J., Cai M., Zhao W., Xu H., Liu Y., Wang H.. High-resolution imaging of mitochondrial membranes by in situ atomic force microscopy // RSC Advances. 2013. V. 3. N 3. P. 708–712. doi: 10.1039/c2ra22166g
10. Tian Y., Cai M., Xu H., Wang H. Studying the membrane structure of chicken erythrocytes by in situ atomic force microscopy // Analytical Methods. 2014. V. 6. N 20. P. 8115–8119. doi: 10.1039/c4ay01260g
11. Cai M., Zhao W., Shang X., Jiang J., Ji H., Tang Z., Wang H. Direct evidence of lipid rafts by in situ atomic force microscopy // Small. 2012. V. 8. N 8. P. 1243–1250. doi: 10.1002/smll.201102183
12. Lyubchenko Y.L., Shlyakhtenko L.S. Visualization of supercoiled DNA with atomic force microscopy in situ // Proceedings of the National Academy of Sciences. 1997. V. 94. N 2. P. 496–501. doi: 10.1073/pnas.94.2.496
13. Graham H.K., Hodson N.W., Hoyland J.A., Millward-Sadler S.J., Garrodc D., Scothern A., Griffiths C.E.M., Watson R.E.B., Cox T.R., Erler J.T., Trafford A.W., Sherratt M.J. Tissue section AFM: in situ ultrastructural imaging of native biomolecules // Matrix Biology. 2010. V. 29. N 4. P. 254–260. doi: 10.1016/j.matbio.2010.01.008
14. Кухтевич И.В., Жуков М.В., Чубинский-Надеждин В.И., Букатин А.С., Евстрапов А.А. Фиксация бактерий E.Coli на подложке для измерений в жидкости методом атомно-силовой микроскопии // Научное приборостроение. 2012. Т. 22. № 4. С. 56–61.
15. Solares S.D. Challenges and complexities of multifrequency atomic force microscopy in liquid environments // Beilstein Journal of Nanotechnology. 2014. V. 5. P. 298–307. doi: 10.3762/bjnano.5.33
16. Kado H., Yokoyama K., Tohda T. A novel ZnO whisker tip for atomic force microscopy // Ultramicroscopy. 1992. V. 42. P. 1659–1663. doi: 10.1016/0304-3991(92)90501-A
17. Левичев В.В., Жуков М.В., Мухин И.С., Денисюк А.И., Голубок А.О. Об устойчивости работы сканирующего силового микроскопа с нановискером на вершине зонда // ЖТФ. 2013. Т. 83. № 7. С. 115–120.
18. Chang K.-C., Chiang Y.-W., Yang C.-H., Liou J.-W. Atomic force microscopy in biology and biomedicine // Tzu Chi Medical Journal. 2012. V. 24. N 4. P. 162–169. doi:10.1016/j.tcmj.2012.08.002
19. Muller D.J., Engel A. Atomic force microscopy and spectroscopy of native membrane proteins // Nature Protocols. 2007. V. 2. N 9. P. 2191–2197. doi: 10.1038/nprot.2007.309
 

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License