Microscopi a forza atomica. Nuove tecniche ne migliorano l’utilizzo

Finora, causa del problema del rumore, questa tecnica è stata utilizzata solo per misurare campioni che hanno un forte segnale. Ma, incrementando la sensibilità, si può pensare di andare a studiare campioni con volumi molto più piccoli, come per esempio le membrane cellulari o i doppi strati lipidici.

0
1207
Segnale chimico prodotto da un film polimerico spesso 4 nm raccolto utilizzando il precedente rilevamento della deflessione AFM-IR, in alto, rispetto al nuovo approccio di deflessione nulla. Credito: Beckman Institute for Advanced Science and Technology

Un gruppo di ricercatori del Beckam Institute for Advanced Science and Technology ha sviluppato un nuovo metodo per migliorare la capacità di rilevamento dell’imaging chimico su nanoscala, utilizzando la microscopia a forza atomica. I miglioramenti derivanti da questo studio, pubblicato sulla rivista Nature Communications, riducono il rumore associato al microscopio, aumentando sia la precisione delle misure che il range di campioni che possono essere studiati.

La microscopia a forza atomica è utilizzata per scansionare le superfici dei materiali e generare quindi un’immagine della loro altezza; la tecnica però non riesce a identificare facilmente la composizione molecolare dei materiali osservati. I ricercatori hanno sviluppato una combinazione di spettroscopia a forza atomica (AFM) e spettroscopia a Infrarossi, chiamata tecnica AFM-IR.

Il microscopio AFM-IR utilizza una microleva, collegata a un’estremità a un supporto, mentre all’altra estremità è connessa una punta acuminata; la misurazione degli impercettibili movimenti del campione introdotto viene effettuata utilizzando un raggio laser a Infrarossi. L’assorbimento della luce da parte del campione ne genera una leggera espansione, con una conseguente deflessione della microleva, che produce quindi un segnale infrarosso.

Questa tecnica, sebbene ampiamente utilizzata, presenta comunque dei limiti prestazionali, legati principalmente a sorgenti di rumore ignote che inficiano sulla qualità dei dati.

I ricercatori hanno creato un modello teorico per comprendere il funzionamento dello strumento e, di conseguenza, identificare le sorgenti del rumore. Inoltre, hanno sviluppato un nuovo modo per rilevare il segnale infrarosso con una precisione più elevata.

La deflessione della microleva risente molto del rumore, che a sua volta tende ad aumentare al crescere della deflessione stessa. Per ovviare a questa problematica, invece di rilevare la deflessione della microleva, viene utilizzato un componente piezoelettrico come base per mantenere a zero la deflessione. Applicando una tensione al materiale piezoelettrico, è possibile mantenere una piccola deflessione con un rumore molto basso, mentre si registrano le stesse informazioni chimiche, che con questo sistema vengono codificate sotto forma di tensione piezoelettrica.

Quindi, invece di muovere la microleva, i ricercatori utilizzano il movimento del cristallo piezo per registrare il segnale IR. Questa tecnica, utilizzata per la prima volta, va ad affiancare altre strade percorse dai ricercatori per ridurre il rumore, dove vengono utilizzati sistemi di rilevamento del segnale più complessi, ma che non affrontano i problemi di fondo associati al sistema AMF-IR.

Finora, proprio a causa del problema del rumore, questa tecnica è stata utilizzata solo per misurare campioni che hanno un forte segnale. Ma, incrementando la sensibilità, si può pensare di andare a studiare campioni con volumi molto più piccoli, come per esempio le membrane cellulari o i doppi strati lipidici.

Un altro obiettivo che si vuole raggiungere con questa nuova tecnica è quello di studiare la deformazione delle proteine delle superfici complesse.

Fonte: Phys.org