Przetworniki mikroobrabiane do pomiarów wewnątrzkomórkowych
Konwencjonalne AFM działają w oparciu o mikroskopowe dźwignie, które oddziałują z obrazowanym materiałem. Aby określić, jak sonda dźwigniowa oddziałuje z materiałem, odbite od niej światło jest mierzone poprzez detekcję przemieszczenia wiązki światła lub interferometrię. Uczestnicy finansowanego przez UE projektu UTMOST (Ultra-stable molecular force spectroscopy with micromachined transducers) zajęli się problemem dryftu termicznego dźwigni, związanego ze zmianami temperatury otoczenia. Zmniejsza to dokładność AFM, do czego przyczyniają się również wibracje mechaniczne i zmiany nacisku względem powierzchni. Dotychczas dryft termiczny był korygowany poprzez użycie metod korelacyjnych i filtrowania Kalmana, lecz potrzeba nowej metody do użycia ze spektroskopią sił pojedynczej molekuły, aby badać fałdowanie i rozwijanie się białek. Takie schematy kompensacji dryftu mogą działać nieprawidłowo w odniesieniu do biomolekuł. W doświadczeniach biomolekularnych próbki są delikatne i w związku z tym trzeba precyzyjnej kontroli siły nacisku i odległości od próbki. Badacze z projektu UTMOST zaproponowali w związku z tym nową metodę, która kompensuje dryft termiczny poprzez zmniejszenie lub wręcz wyeliminowanie dodatkowej siły wywieranej na sondę dźwigniową. Badacze stworzyli mikroobrabiane przetworniki, które, stosowane z mikrodźwigniami, likwidują dryft termiczny. Przetworniki stanowią mikroscenę zakotwiczoną w substracie nóżkami bimateriałowymi i izolacyjnymi, zaprojektowanymi tak, aby pasować termomechanicznie do sond dźwigniowych. Nóżki bimateriałowe są zbudowane z dwóch różnych materiałów o różnych wartościach współczynników rozszerzalności cieplnej. W związku z tą różnicą nóżki odginają się pod wpływem fluktuacji termicznych w taki sposób, że zapewnią stały odstęp od badanej próbki, tak że przyłożona do biomolekuł siła pozostaje zawsze taka sama. Natomiast nóżki izolacyjne optymalizują stopień przewodnictwa cieplnego. Warunkują również sztywność przekaźników w celu zapewnienia, że jakiekolwiek ugięcia mikrosceny wynikają z fluktuacji termicznych, a nie oddziaływań biomolekularnych. W ramach tej nowej metody przemieszczanie przekaźników i dźwigni jest mierzone jednocześnie przez elementy optyczne, tak aby dokładnie kontrolować siłę przykładaną do biomolekuł. Zmiany temperatury otoczenia są szybko kompensowane, co umożliwia pomiary długoterminowe. Urządzenie i metoda opracowane przez uczestników projektu UTMOST mają duży potencjał komercjalizacyjny. Patent w Stanach Zjednoczonych został przyznany w sierpniu 2012. Ponadto naukowcy przeprowadzili dalsze badania metod AFM i złożyli wniosek patentowy w Turcji.
Słowa kluczowe
Przetworniki mikroobrabiane, biomolekularny, mikroskopia sił atomowych, dźwignia, dryft termiczny
