Una introducción a la correspondencia del IR Nanochemical

La correspondencia nanochemical del IR implica el combinar de microscopia atómica de la fuerza y de la microscopia infrarroja para correlacionar las propiedades químicas de una muestra en un nanoscale.

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Correspondencia compositiva de AFM-IR de las bacterias de los Streptomyces.

Correspondencia compositiva de AFM-IR de las bacterias de los Streptomyces. Izquierda: Imagen topográfica del AFM de células bacterianas. Centro: Amortiguación de AFM-IR en 1650 cm−1, correspondiente a la banda de la amida I asociada a la proteína. La derecha: Amortiguación de AFM-IR en la banda 1740 cm−1 del carbonyl, indicando la distribución de las vesículas del triglicérido dentro de las células bacterianas. Haber: A. Dazzi y otros, París-Sud de Universite, Francia.

¿Por qué espectroscopia infrarroja?

Muchas muestras absorben la luz en una frecuencia característica, que se conoce a veces como su “firma química”. La espectroscopia lineal se puede realizar usando las fuentes y la radiación del cuerpo negro generadas por un sincrotrón, mientras que la espectroscopia no lineal se realiza usando los laseres y los laseres pulsados. Este tipo de microscopia utiliza el análisis espectral infrarrojo para lograr la alta identificación lateral de la resolución y de la substancia química de la muestra.

Otros métodos, tales como exploración del fotón, necesitan segmentos de muestra muy finos lograr una alta resolución. También, no hay métodos que separan la parte real del índice de refracción que es contribuido por la topografía, y de inhomogeneidades de la parte imaginaria de la amortiguación óptica.

¿Cuál es AFM-IR?

La microscopia atómica infrarroja de la fuerza (AFM-IR) requiere el uso de la microscopia atómica comercial de la fuerza. En este método, la muestra se irradia usando un microscopio de exploración del fotón. Entonces la amortiguación de los rayos infrarrojos lleva a la dilatación local de la muestra. Esta dilatación es medida por cómo el extremo atómico del microscopio de la fuerza ópticamente se desvía. Pues se pulsa el laser, la naturaleza de la dilatación es también transitoria. Esto lleva a la generación de información con respecto a la resolución espacial de la muestra, y registra la topografía.

Montaje experimental

En este método, la muestra se deposita en el lado superior de un prisma del selenio del cinc. Posteriormente, un laser infrarrojo es a condición de que los alcances la superficie que soporta la muestra. La muestra se guarda a un ángulo de reflexión total. Esto evita la calefacción del extremo del AFM debido al laser, y también reduce la intensidad de la intensidad del fondo. Además, el extremo es recubierto con una capa fina del oro para evitar la amortiguación residual por el extremo de la antena del AFM.

La luz de incidente propaga a través de la muestra, y estos pulsos cortos se producen usando el laser de electrón libre de “CLIO”. Esta estructura tiene una serie de pulsos macros que tengan una frecuencia de 25 hertz. Los macro-pulsos consisten en 500 micro-pulsos que sean 2 picosegundos de separado. La duración de un pulso macro iguala 8 μs, aplicando una energía de alrededor 1 mJ. La luz laser se centra en un punto en la muestra de cerca de 1 milímetro2. Esta región se limita tan para evitar dañar el descanso de la muestra.

El extremo del AFM está en contacto con la muestra, y la extensión causada por la luz lleva a un movimiento en el extremo. Esta desviación se vigila usando un laser del diodo que mida cuidadosamente la vibración del extremo del AFM. La topografía de la muestra es resuelta junto con la correspondencia de la amortiguación de la muestra.

Resolución espacial creciente

La resolución del infrarrojo atómico de la microscopia de la fuerza es menos de 100 nanómetro. Esta resolución es limitada por la talla del extremo del AFM, las características de la muestra, y la relación señal-ruido. Un índice típico de difusión del calor es 1 μm/μs. Conocer este índice de difusión a través de una muestra refuerza las resoluciones de hasta sólo 20-30 nanómetro.

Estudios de caso de la correspondencia nanochemical del IR

La correspondencia nanochmical del IR se ha utilizado previamente para correlacionar los componentes químicos de la bacteria de E.coli, que está en la orden del μm 2-6 de largo, el μm 1-2 de par en par, y 500 nanómetro altos. AFM-IR fue utilizado para la topografía y la correspondencia química de las bacterias. Usando esta técnica, los científicos podían observar las vesículas el contener del polyhydroxybutyrate (PHB) dentro de una especie púrpura de bacterias que pertenecían a la familia de Rhodobacter.

Semejantemente, este método también se ha utilizado para correlacionar la amida I en espectral la correspondencia homogénea fina, virus que infectaban E.coli. En el caso de los virus, la mayor parte de su peso se constituye de la DNA. Tiene más lejos un envolvente de la proteína llamado un capsid, y el virus inyecta la DNA en las bacterias a través de su cola.

Después de la inyección, el interior de las réplicas del virus la célula infectada que eso lleva a la generación de nuevos capsids. Para realizar este experimento, los virus primero fueron secados y en seguida sujetados al proceso de la correspondencia de la nano-substancia química.

Correspondencia de interfaces químicos

En los materiales compuestos que se utilizan en el aislamiento de alto voltaje, el envejecimiento de interfaces puede ser un problema enorme. En estos casos, la correspondencia nana de la substancia química del IR se puede utilizar para correlacionar los carriles en regiones de cara a cara y canales soterrados.

Los estudios usando este método muestran que la oxidación de la resina de epoxy está asociada a la formación de carriles de cara a cara y ésta está preferencial presente en las regiones dañadas. Considerando que, sigue habiendo la presencia de goma de silicona sin cambiar en el material mientras que sus espectros también siguen siendo envejecimiento eléctrico del poste sin cambios.

Propiedades del extremo del AFM

El más de alta resolución de este método puede ser mantenida manteniendo la integridad del extremo atómico de la microscopia de la fuerza. En otros métodos que impliquen manera de contacto no ofrezca los medios de obtener imágenes altamente resueltas como el desgaste del extremo atómico de la microscopia de la fuerza lleva a menudo al daño de la resolución inferior y de la muestra. Para contradecir esto, la manera que golpea ligeramente se utiliza para el AFM que implica liviano el golpear ligeramente de la superficie de la muestra para evitar fuerzas laterales y daño a las muestras frágiles.

Fuentes

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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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