Un'introduzione alla mappatura di IR Nanochemical

La mappatura nanochemical di IR comprende combinare la microscopia atomica della forza e la microscopia di infrarosso per mappare i beni chimici di un campione ad un nanoscale.

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Mappatura composizionale di AFM-IR dei batteri degli streptomiceti.

Mappatura composizionale di AFM-IR dei batteri degli streptomiceti. Sinistra: Immagine topografica del AFM delle celle batteriche. Mezzo: Assorbimento di AFM-IR a 1650 cm−1, corrispondenti alla banda dell'ammide I connessa con proteina. Destra: Assorbimento di AFM-IR alla banda 1740 cm−1 del carbonilico, indicante la distribuzione delle vescicole del trigliceride all'interno delle celle batteriche. Credito: A. Dazzi ed altri, Parigi-Sud di Universite, Francia.

Perché spettroscopia infrarossa?

Molti campioni assorbono l'indicatore luminoso ad una frequenza caratteristica, che a volte è conosciuta come loro “impronta chimica„. La spettroscopia lineare può essere eseguita facendo uso delle sorgenti e della radiazione del corpo nero generate da un sincrotrone, mentre la spettroscopia non lineare è eseguita facendo uso dei laser e dei laser pulsati. Questo tipo di microscopia usa l'analisi spettrale infrarossa per raggiungere l'alta identificazione laterale del prodotto chimico e di risoluzione del campione.

Altri metodi, quale lo scansione del fotone, hanno bisogno dei segmenti del campionamento molto sottili di raggiungere un'alta risoluzione. Inoltre, non ci sono metodi che separano la parte reale dell'indice di rifrazione che è contribuito dalla topografia e di eterogeneità dalla parte immaginaria dell'assorbimento ottico.

Che cosa è AFM-IR?

La microscopia atomica infrarossa della forza (AFM-IR) richiede l'uso di microscopia atomica commerciale della forza. In questo metodo, il campione è irradiato facendo uso di un microscopio di scansione del fotone. Poi l'assorbimento delle razze infrarosse piombo alla dilatazione locale del campione. Questa dilatazione è misurata da come il suggerimento atomico del microscopio della forza otticamente è deviato. Poichè il laser è pulsato, la natura della dilatazione è egualmente transitoria. Ciò piombo alla generazione di informazioni per quanto riguarda la risoluzione spaziale del campione e registra la topografia.

Impostazione sperimentale

In questo metodo, il campione è depositato dal lato superiore di un prisma del selenio dello zinco. Successivamente, un laser di infrarosso è a condizione che sbracci la superficie che supporta il campione. Il campione è tenuto ad un angolo di riflesso totale. Ciò evita il riscaldamento del suggerimento del AFM dovuto il laser ed egualmente diminuisce l'intensità dell'intensità di sfondo. Ulteriormente, il suggerimento è ricoperto di livello sottile dell'oro per evitare l'assorbimento residuo dal suggerimento della sonda del AFM.

La luce incidente si propaga attraverso il campione e questi impulsi di scarsità sono prodotti facendo uso del laser a elettroni liberi “di CLIO„. Questa struttura ha una serie di macro impulsi che hanno una frequenza di 25 hertz. Gli macro-impulsi consistono di 500 micro-impulsi che sono diversi 2 picosecondi. La durata di macro impulso uguaglia 8 μs, applicanti un'energia di intorno 1 mJ. La luce laser è messa a fuoco su un punto sul campione di circa 1 millimetro2. Questa regione così è limitata per evitare danneggiare il resto del campione.

Il suggerimento del AFM è in contatto con il campione e l'espansione causata dall'indicatore luminoso piombo ad un movimento nel suggerimento. Questa deformazione è riflessa facendo uso di un laser a diodi che misura con attenzione la vibrazione del suggerimento del AFM. La topografia del campione è risoluta con la mappatura di assorbimento del campione.

Risoluzione spaziale aumentata

La risoluzione di infrarosso atomico di microscopia della forza è di meno di 100 nanometro. Questa risoluzione è limitata dalla dimensione del suggerimento del AFM, dalle caratteristiche del campione e dal rapporto di segnale/disturbo. Una tariffa tipica della diffusione del calore è 1 μm/μs. Conoscere questa tariffa della diffusione attraverso un campione amplifica le risoluzioni basse quanto 20-30 nanometro.

Studi finalizzati di mappatura nanochemical di IR

La mappatura nanochmical di IR precedentemente è stata usata per mappare i componenti chimici del batterio di E.coli, che è lungamente per μm 2-6, μm 1-2 largamente e 500 nanometro alti. AFM-IR è stato usato per la topografia e la mappatura chimica dei batteri. Facendo uso di questa tecnica, gli scienziati potevano osservare le vescicole contenere il polyhydroxybutyrate (PHB) all'interno delle specie porpora di batteri che appartengono alla famiglia di Rhodobacter.

Similmente, questo metodo egualmente è stato usato per la mappatura dell'ammide I spettrale sulla mappatura omogenea sottile, virus che infettano E.coli. Nel caso dei virus, la maggior parte del suo peso è costituito di DNA. Più ulteriormente ha una busta della proteina chiamata un capsid ed il virus inietta il DNA nei batteri tramite la sua coda.

Dopo l'iniezione, l'interno delle repliche del virus la cella che infettata quello piombo alla generazione di nuovi capsids. Per l'esecuzione del questo esperimento, i virus in primo luogo sono stati asciugati e poi sono stati sottoposti al trattamento di mappatura del nano-prodotto chimico.

Mappatura delle interfacce chimiche

In materiali compositi che sono utilizzati nell'isolante ad alta tensione, l'invecchiamento delle interfacce può essere un problema enorme. In tali casi, la mappatura nana del prodotto chimico di IR può essere usata per mappare i cingoli in regioni interfacciali e canali sepolti.

Gli studi facendo uso di questo metodo indicano che l'ossidazione di epossiresina è associata con la formazione di cingoli interfacciali e questa è preferenziale presente nelle regioni nocive. Considerando che, la presenza di gomma di silicone rimane identicamente in tutto il materiale mentre i sui spettri egualmente rimangono invecchiamento elettrico del paletto immutato.

Beni del suggerimento del AFM

Il più di alta risoluzione in questo metodo può essere mantenuto mantenendo l'integrità del suggerimento atomico di microscopia della forza. In altri metodi che comprendono il modo di contatto non fornisca i mezzi per ottenere le immagini altamente risolte come l'usura del suggerimento atomico di microscopia della forza spesso piombo a danno del campione e di risoluzione bassa. Per ricambiare questo, il modo di spillatura è usato per il AFM che comprende leggermente spillare la superficie del campione per evitare le forze laterali ed il danneggiamento dei campioni fragili.

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Last Updated: Jun 3, 2019

Dr. Surat P

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Dr. Surat P

Dr. Surat graduated with a Ph.D. in Cell Biology and Mechanobiology from the Tata Institute of Fundamental Research (Mumbai, India) in 2016. Prior to her Ph.D., Surat studied for a Bachelor of Science (B.Sc.) degree in Zoology, during which she was the recipient of an Indian Academy of Sciences Summer Fellowship to study the proteins involved in AIDs. She produces feature articles on a wide range of topics, such as medical ethics, data manipulation, pseudoscience and superstition, education, and human evolution. She is passionate about science communication and writes articles covering all areas of the life sciences.  

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