Жидкостно-силовая микроскопия
Жидкостно-силовая микроскопия ( FluidFM ) представляет собой тип сканирующей зондовой микроскопии и обычно используется в стандартном инвертированном световом микроскопе .
Уникальной особенностью FluidFM является то, что он вводит микроскопические каналы в зонды АСМ . Эти каналы могут иметь апертуру менее 300 нм, что в 500 раз тоньше человеческого волоса . Эти нанометрические особенности позволяют обрабатывать объемы жидкости в масштабе фемтолитра (фл), а также управлять силой манипуляций с субмикронными объектами. Через нанофлюидные каналы вещества можно, например, вводить в отдельные клетки или клетки можно изолировать из сливающегося слоя.
Технология
[ редактировать ]В качестве зондов FluidFM используются специальные микропипетки и нанопипетки с диаметром отверстий от 300 нм до 8 мкм. Больший диаметр полезен для экспериментов по адгезии отдельных клеток, тогда как меньший диаметр обеспечивает хорошие возможности для нанолитографии и обработки субмикронных объектов. По сравнению с традиционными стеклянными микропипетками зонды FluidFM гораздо более бережно относятся к мягким образцам, таким как клетки. Их можно контролировать с точностью до pN и нм, а также более точно и стабильно обрабатывать объемы благодаря процессу изготовления на основе пластин. FluidFM обладает уникальными преимуществами для приложений с одним элементом и за его пределами.
Для контроля объемов в диапазоне фл. FluidFM использует контроль давления. В зависимости от применения используется либо избыточное давление, либо вакуум. Типичное рабочее давление находится в пределах нескольких гПа .
Технология FluidFM обычно используется в инвертированном микроскопе. В дополнение к стандартным экспериментам АСМ , FluidFM предоставляет возможность выполнять бесчисленное множество других задач, таких как инъекция и адгезия отдельных клеток, а также нанолитография и пятнообразование.
Приложения
[ редактировать ]Инъекция отдельных клеток — важный инструмент для наук о жизни, биологии и медицины. Для проведения экспериментов по инъекции отдельных клеток зонд прокалывает клетку, и можно ввести вещество. При использовании FluidFM вероятность успеха составляет почти 100%, в отличие от других методов, поскольку датчики маленькие, острые и чувствительные к силе. [1] [2]
Отдельную клетку можно выделить либо из прикрепившейся, даже конфлюэнтной клеточной культуры , либо из клеточной суспензии. Затем выделенную клетку можно проанализировать с помощью общепринятых методов анализа отдельных клеток или использовать для выращивания новой колонии. FluidFM использовался для выделения млекопитающих клеток , дрожжей и бактерий . [3] [4] [5]
Измеряя адгезию отдельных клеток, можно получить важную информацию по различным темам биологии и материаловедения. С помощью FluidFM можно увеличить скорость проведения этих экспериментов и даже оценить адгезию распространённых клеток. Интересующая ячейка обратимо прикрепляется к зонду путем применения пониженного давления. Подняв зонд, можно измерить силу адгезии с разрешением pN. [6] [7] [8]
Метод проведения эксперимента по адгезии отдельных бактерий такой же, как и для отдельных клеток. Он предоставляет информацию о том, как бактериальные клетки взаимодействуют со своей поверхностью и друг с другом. [9]
Коллоидные эксперименты дают возможность измерить силы взаимодействия между коллоидными частицами и поверхностями, а также локальную эластичность сложных подложек. Скорость проведения этих экспериментов довольно низкая, поскольку обычно коллоиды необходимо предварительно наклеить на зонд АСМ. Напротив, коллоидные зонды можно двусторонне прикрепить к зонду FluidFM под давлением. Таким образом, один зонд можно использовать для многих экспериментов и многих коллоидов. [8] [10]
Нанолитография — это процесс травления, письма или печати структур в диапазоне нанометров. Небольшое количество жидкости можно дозировать через кончик зонда. При использовании FluidFM объемы выдачи субфл достигают многих пЛ. FluidFM работает как в воздухе, так и в жидкости. [11] [12]
Пятно — это процесс печати пятен и массивов высокой плотности в диапазоне от нанометра до одного микрометра. Можно печатать практически любой жидкостью. Напечатанными частицами могут быть, например, олигонуклеотиды, белки, ДНК, вирионы или бактериальные клоны. Пятна создаются, когда нанопипетка контактирует с поверхностью и вещество высвобождается из зонда коротким импульсом давления. [12] [13]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ 2013. О. Гийом - Жантиль, Э. Поттхофф, Д. Оссола, П. Дёриг, Т. Замбелли и Дж. А. Ворхольт. Управляемая силой инъекция жидкости в ядра отдельных клеток. Малая, 9 (11), 1904 – 1907. два : 10.1002/ smll.201202276
- ^ 2009. А. Мейстер, М. Габи, П. Бер, П. Штудер, Дж. Ворош, П. Нидерманн, Дж. Биттерли, Дж. Полесель - Марис, М. Лили, Х. Хайнцельманн и Т. Замбелли. FluidFM: объединение атомно-силовой микроскопии и нанофлюидики в универсальной системе доставки жидкости для применения в отдельных клетках и за его пределами. Нано Письма, 9 (6), 2501 – 2507. дои : 10.1021/nl901384x
- ^ 2014 О. Гийом-Жантиль, Т. Замбелли и Дж. А. Ворхольт. Выделение одиночных клеток млекопитающих из прикрепившихся культур с помощью жидкостно-силовой микроскопии. Лаборатория на чипе, 14(2), 402–14. два : 10.1039/c3lc51174j
- ^ 2010. П. Дёриг, П. Штифель, П. Бер, Э. Сарайлич, Д. Бейл, М. Габи, Дж. Ворош, Дж. А. Форхольт и Т. Замбелли. Управляемое силой пространственное манипулирование жизнеспособными клетками млекопитающих и микроорганизмами с помощью технологии FluidFM. Письма по прикладной физике, 97 (2), 023701 1–3. дои : 10.1063/1.3462979
- ^ 2013. П. Штифель, Т. Замбелли и Дж. А. Ворхольт. Выделение оптически направленных одиночных бактерий путем применения жидкостно-силовой микроскопии к аэробным аноксигенным фототрофам из филлосферы. Прикладная и экологическая микробиология, 79 (16), 4895–4905. дои : 10.1128/AEM.01087-13
- ^ 2014. Э. Поттхофф, Д. Франко, В. Д'Алессандро, К. Старк, В. Фальк, Т. Замбелли, Дж. А. Ворхольт, Д. Пуликакос и А. Феррари. К рациональному дизайну текстур поверхности, способствующему эндотелизации. Нано Письма, 14 (2), 1069 – 1079. дои : 10.1021/nl4047398
- ^ 2012. Э. Поттхофф, О. Гийом - Жантиль, Д. Оссола, Дж. Полесель - Марис, С. ЛейбундГут - Ландманн, Т. Замбелли и Дж. А. Форхольт. Быстрая и последовательная количественная оценка сил адгезии дрожжевых клеток и клеток млекопитающих. ПЛоС ОДИН, 7 (12), е52712. дои : 10.1371/journal.pone.0052712
- ^ Перейти обратно: а б 2013. П. Дёриг, Д. Оссола, А. М. Труонг, М. Граф, Ф. Стауффер, Дж. Ворёс и Т. Замбелли. Сменные коллоидные АСМ-зонды для количественного определения необратимых и долгосрочных взаимодействий. Биофизический журнал, 105 (2), 463 – 472. дои : 10.1016/j.bpj.2013.06.002
- ^ 2015. Э. Поттхофф, Д. Оссола, Т. Замбелли и Дж. А. Ворхольт. Количественная оценка силы бактериальной адгезии с помощью жидкостно-силовой микроскопии. (2015) Наномасштаб, 7 (9), 4070 – 4079. дои : 10.1039/c4nr06495j
- ^ 2015. Б. Р. Симона, Л. Хирт, Л. Демко, Т. Замбелли, Дж. Ворош, М. Эрбар и В. Миллерет. Градиенты плотности на границе раздела гидрогелей для улучшения проникновения в клетки. Биоматер. наук. два : 10.1039/C4BM00416G
- ^ 2013. Р. Р. Грютер, Дж. Вёрёш и Т. Замбелли. FluidFM как инструмент литографии в жидкости: пространственно-контролируемое осаждение флуоресцентных наночастиц. Наномасштаб, 5 (3), 1097 – 104. дои : 10.1039/c2nr33214k
- ^ Перейти обратно: а б 2014. Х. Дермутц, Р. Р. Грютер, А. М. Труонг, Л. Демко, Дж. Ворош и Т. Замбелли. Локальная замена полимера для формирования рисунка нейронов и направления нейритов in situ. Ленгмюр: журнал поверхностей и коллоидов ACS, 30 (23), 7037–46. дои : 10.1021/la5012692
- ^ 2009. А. Мейстер, Дж. Полесел - Марис, П. Нидерманн, Дж. Пшибыльска, П. Штудер, М. Габи, П. Бер, Т. Замбелли, М. Лили, Дж. Вёрёш и Х. Хайнцельманн. Наномасштабное дозирование в жидкой среде стрептавидина на функционализированную биотином поверхность с использованием полых зондов атомно-силовой микроскопии. Микроэлектроника, 86(4-6), 1481 – 1484. дои : 10.1016/j.mee.2008.10.025