Молекулярная визуализация клеток стала вероятной благодаря новой версии атомно-силовой микроскопии

Ключевым ранним событием в истории нанотехнологий стало создание атомно-силового микроскопа (АСМ), который использовал наноразмерный кантилевер для визуализации твердых материалов на атомном уровне.

Однако, хотя АСМ и применялся в биомедицинских исследованиях, его использование было ограничено тем, что он плохо работает в воде.

Теперь группа исследователей из Национальной лаборатории Ок-Ридж под руководством Сергея Калинина, Ph.D., разработала так называемую пьезоэлектрическую силовую микроскопию (ПСМ). Этот новый подход к визуализации на молекулярном уровне основан на пьезоэлектрическом явлении, которое преобразует электрическую энергию в механическое движение в определенных типах материалов. Кварцевые кристаллы, а также многие биологические полимеры, такие как ферменты и ДНК, обладают способностью генерировать пьезоэлектрический отклик. Исследователи сообщили о своей работе в журнале Physical Review Letters.

Новая методика использует модифицированный микроскоп АСМ, у которого наноразмерное острие кантилевера с золотым покрытием подвешено в воде чуть выше поверхности пьезоэлектрического материала, например, кварцевого кристалла. Приложение электрического тока к пьезоэлектрическому материалу заставляет его двигаться, и это событие регистрируется острием АСМ. Используя этот подход, исследователи достигли разрешения визуализации в 3 нанометра. Они отмечают, что присущая многим биологическим материалам пьезоэлектрическая природа должна позволить в будущем визуализировать биологические структуры и их движения в физиологических условиях.

Эта работа подробно описана в статье «High resolution electromechanical imaging of ferroelectric materials in a liquid environment by piezoresponse force microscopy». Аннотация статьи доступна через PubMed.