ترکیب میکروسکوپ نیروی اتمی و موچین نوری

ترکیب میکروسکوپ نیروی اتمی و موچین نوری ترجمه با مهندس شکوفه ساتری

AFM در چند دهه گذشته به عنوان ابزاری حیاتی برای اندازه‌گیری توپوگرافی و ویژگی‌های یک نمونه ظاهر شده است و توانایی خود را در طول سال‌ها به شدت گسترش داده است. موچین های نوری نیز سال هاست که وجود داشته اند و می توان از آنها برای دستکاری و اندازه گیری خواص مواد در سطح تک اتمی استفاده کرد. اکنون مشخص شده است که AFM را می توان با موچین های نوری ترکیب کرد تا اندازه گیری نیرو موثرتری در مطالعات بیولوژیکی انجام دهد. در این مقاله به بررسی این ترکیب می پردازیم.

AFM چیست؟

AFM که مخفف میکروسکوپ نیروی اتمی است، ابزاری است که از یک نوک تیز در انتهای یک کنسول برای ترسیم توپوگرافی یک سطح استفاده می‌کند. به طور اساسی، حالت های تصویربرداری مختلفی وجود دارد که برخی از آنها سطح را لمس می کنند و برخی روی نمونه شناور می شوند، و حرکت کنسول موقعیت نسبی اتم های یک سطح را امکان می دهد تا نقشه برداری شود. در حالی که AFM بیشتر برای نقشه برداری از توپوگرافی یک سطح شناخته شده است، بسیاری از حالت های مختلف در طول سال ها ظاهر شده اند که می توانند خواص الکتریکی، نوری و مکانیکی (در میان سایر ویژگی های فرعی) یک نمونه را اندازه گیری کنند. این یک تکنیک تصویربرداری قدرتمند است که می تواند با مواد مختلف مورد استفاده قرار گیرد، و تطبیق پذیری آن یکی از دلایل متعددی است که باعث شده است به ابزاری تبدیل شود که در طول سال ها بیشتر و بیشتر توسط دانشمندان مورد استفاده قرار گرفته است.

موچین های نوری چیست؟

موچین های نوری از نور برای دستکاری اجسام تا سطح تک اتمی استفاده می کنند. موچین های نوری با به دام انداختن اتم ها، ذرات یا موجودات میکروسکوپی کار می کنند و می توان از آنها برای استنباط خواص مکانیکی جسم گرفته شده استفاده کرد. موچین های نوری از نور لیزر برای به دام انداختن این اجسام استفاده می کنند و شکست و پراکندگی نور می تواند چیزهای زیادی در مورد نیرو و خواص مکانیکی جسم به دانشمندان بگوید. هنگامی که جسم به دام افتاد، از مرکز پرتو نور جابه جا می شود و این امکان کسر خواص نیروی جسم را فراهم می کند. در برخی موارد، موچین های نوری می توانند به طور مداوم اجسام میکروسکوپی را پس از جابجایی از مرکز، با کشیدن آنها به داخل به دام بیندازند و از این فرآیند می توان برای دستکاری و حرکت جسم استفاده کرد. در حالی که آنها در بسیاری از زمینه ها استفاده می شوند، در مطالعات بیولوژیکی کاربرد زیادی پیدا کرده اند.

هر دو موچین AFM و نوری را می توان با هم ترکیب کرد و این به عنوان OT/AFM شناخته می شود. این تکنیکی است که اندازه‌گیری نیروی سطحی و قابلیت‌های تصویربرداری میکروسکوپ نیروی اتمی را با توانایی اعمال و اندازه‌گیری کوچک‌ترین درجه نیرو در سه بعدی از طریق انبرک نوری ترکیب می‌کند. OT/AFM تکنیکی است که مانند موچین های نوری پتانسیل زیادی برای مطالعات بیولوژیکی دارد. بسیاری از حالت های AFM برای مطالعات بیولوژیکی مناسب نیستند، به غیر از حالت غیر تماسی، زیرا نوک به نمونه آسیب می رساند. از آنجایی که حالت تماس غیر فیزیکی نیرویی را بر روی نمونه اعمال نمی کند، به دست آوردن اندازه گیری نیرو را دشوارتر می کند، بنابراین OT/AFM به عنوان راهی برای رفع این نیاز ظاهر شده است.

در OT/AFM، موچین‌های نوری مولکول‌های بیولوژیکی را در یک یا دو انتها نگه می‌دارند در حالی که کنسول روی سطح زیست مولکول را اسکن می‌کند. هر دو اصل AFM و موچین نوری به طور همزمان استفاده می شوند و نور لیزر برای تله های نوری اغلب از طریق یک شی معکوس زیر نمونه مورد نظر تابیده می شود. این یک فرآیند هم افزایی تولید می کند که در آن ابزار AFM به عنوان یک سنسور نیرو و فضایی عمل می کند در حالی که موچین (های) نوری به عنوان دستکاری کننده عمل می کند.

این فرآیندی است که می تواند برای باز کردن زیپ فیبرها و DNA با به دام انداختن مولکول در یک انتها و اتصال مولکول دیگر به انتهای کنسول AFM که به مولکول فیبری می چسبد استفاده شود. این فرآیندی است که خواص مکانیکی الیاف و DNA را امکان پذیر می کند. زیپ مولکول را می توان با چرخاندن مولکول باز کرد یا الیاف زدایی کرد، و چون در یک انتها ثابت می ماند، سر دیگر آن باز می شود/باز می شود. تا آنجا که کاربردهای دیگر در مورد DNA وجود دارد، DNA با پروتئین‌های متصل می‌تواند در هر دو انتها بسته شود و با کانتیور اسکن شود تا ببیند پروتئین‌ها در کجای رشته DNA قرار دارند، و همچنین می‌توان دینامیک DNA-آنزیم را با به دام انداختن یک رشته از آن زیر نظر گرفت. مارپیچ DNA

OT/AFM همچنین می‌تواند روی سلول‌ها و برای تحریک پاسخ‌ها در سلول‌ها استفاده شود. OT/AFM می‌تواند برای اندازه‌گیری خواص مکانیکی سلول‌ها با اعمال نیرو و تصویربرداری از بازآرایی داخلی سلول، و همچنین برای اندازه‌گیری پاسخ سلولی، برهمکنش سلول-سلول، برهمکنش سلول-ماتریکس، پاسخ ایمنی، پاسخ عفونت استفاده شود. و جذب محیط های خارجی (مانند نانوذرات یا باکتری ها) به داخل سلول ها. موچین های نوری همچنین می توانند برای تحریک پاسخ های خاص با به دام انداختن سلول های خاص و مشاهده نحوه چسبیدن این سلول ها به مولکول های دیگر با اندازه گیری نیروی یک کنسول اصلاح شده مولکولی در حین کشیده شدن به سمت سلول به دام افتاده استفاده شوند.