Trasduttori microlavorati per misurazioni intracellulari
Gli AFM convenzionali si basano su una leva a sbalzo microscopica che interagisce con il materiale da cui acquisire le immagini. La luce riflettuta da questa sonda a sbalzo viene misurata rilevando lo spostamento del fascio di luce o mediante interferometria, per determinare il modo in cui la sonda ha interagito con il materiale. Il progetto UTMOST (Ultra-stable molecular force spectroscopy with micromachined transducers), finanziato dall’UE, è nato con l’obiettivo di affrontare la deriva termica della leva a sbalzo dovuta a variazioni della temperatura ambiente. Insieme ai cambiamenti di vibrazioni meccaniche e sollecitazioni superficiali, tale deriva termica è dannosa per la precisione dell’AFM. Ad oggi, la deriva termica viene corretta mediante metodi di correlazione e il filtraggio Kalman, ma è necessario un approccio diverso per la spettroscopia a forza atomica di una singola molecola, al fine di misurare ripiegamento e dispiegamento delle proteine. Tali schemi di compensazione della deriva possono non essere sufficienti per la caratterizzazione delle biomolecole. Negli esperimenti biomolecolari, i campioni sono delicati, ed è quindi necessario un controllo preciso della forza e della distanza tra punta e campione. Per questo motivo, i ricercatori UTMOST hanno proposto un nuovo metodo in grado di compensare la deriva termica, riducendo o addirittura eliminando la quantità aggiunta di forza esercitata sulla sonda a sbalzo. Sono stati sviluppati trasduttori microlavorati che annullano la deriva termica quando vengono utilizzati in combinazione a microleve a sbalzo. Tali trasduttori comprendono una micro fase ancorata al proprio substrato mediante braccia in bi-materiale e isolanti progettate per accoppiarsi a livello termomeccanico alle sonde a sbalzo. Le parti di bi-materiale sono costituite da due materiali diversi con differenti valori relativi al coefficiente di dilatazione termica. In caso di tale mancata corrispondenza, queste braccia operano una deviazione per via di fluttuazioni termiche, al fine di fornire una distanza punta-trasduttore costante, così che la forza applicata alle biomolecole rimanga la stessa in ogni momento. D’altra parte, le braccia di isolamento ottimizzano la velocità di trasferimento del calore. Queste determinano inoltre la rigidità dei trasduttori al fine di garantire che qualsiasi deviazione della microfase sia dovuta a fluttuazioni termiche e non a interazioni biomolecolari. Nel nuovo metodo, lo spostamento dei trasduttori viene misurato attraverso mezzi ottici simultaneamente allo sbalzo per controllare con precisione la forza delle biomolecole. I cambiamenti di temperatura sono compensati rapidamente per consentire misurazioni nel lungo periodo. Il dispositivo e il metodo risultante dal progetto UTMOST vantano un forte potenziale per la commercializzazione. Nell’agosto 2012 è stato assegnato un brevetto statunitense. Inoltre, la ricerca condotta sui metodi AFM ha generato una richiesta di brevetto turca.
Parole chiave
Trasduttori microlavorati, biomolecolare, microscopi a forza atomica, leva a sbalzo, deriva termica
