La microscopie à force atomique à grande vitesse (HS-AFM) est une technique d'imagerie qui peut être utilisée pour visualiser les processus biologiques, par exemple l'activité des protéines. De nos jours, les fréquences d'images HS-AFM typiques peuvent atteindre 12 images par seconde. Afin d'améliorer les capacités de la méthode, afin qu'il puisse être appliqué à une gamme toujours croissante d'échantillons biologiques, de meilleurs débits vidéo sont nécessaires, bien que. De plus, des temps d'enregistrement plus rapides impliquent moins d'interaction entre l'échantillon et la sonde (une pointe balayant la surface de l'échantillon), ce qui rend la procédure d'imagerie moins invasive. Maintenant, Shingo Fukuda et Toshio Ando du Nano Life Science Institute (WPI-NanoLSI), L'Université de Kanazawa a développé une approche alternative HS-AFM pour augmenter la fréquence d'images jusqu'à 30 images par seconde.

Une image AFM est générée en déplaçant latéralement une pointe juste au-dessus de la surface d'un échantillon. Pendant ce mouvement de balayage xy, la position de la pointe dans la direction perpendiculaire au plan xy (la coordonnée z) suivra le profil de hauteur de l'échantillon. La variation de la coordonnée z de la pointe produit alors une carte de hauteur - l'image de l'échantillon.

Fukuda et Ando ont travaillé sur HS-AFM dans le mode dit de modulation d'amplitude. La pointe est ensuite amenée à osciller avec une amplitude définie. Lors du balayage d'une surface, l'amplitude d'oscillation changera en raison des variations de hauteur dans la structure de l'échantillon. Pour revenir à l'amplitude d'origine, une correction de la distance pointe-échantillon doit être effectuée. La taille de la correction nécessaire est liée à la topologie de surface de l'échantillon, et est dicté par ce que l'on appelle l'erreur de contrôle de rétroaction de l'installation. Les scientifiques ont noté que l'erreur de contrôle de rétroaction est différente lorsque la pointe se déplace dans des directions opposées, appelé traçage et retraçage. Cette différence est finalement due aux différentes forces physiques en jeu lorsque la pointe est « tirée » (traçage) et lorsqu'elle est « poussée » (retraçage).

Sur la base de leurs connaissances sur la physique des processus de traçage et de retraçage, Fukuda et Ando ont développé un régime d'imagerie qui contourne le retraçage. Cela doit ensuite être correctement pris en compte dans l'algorithme de contrôle. Les chercheurs ont testé leur mode d'imagerie de traces uniquement sur des échantillons de filaments d'actine. (L'actine est une protéine très courante dans les cellules.) L'imagerie était non seulement plus rapide, mais aussi moins invasif — les filaments se cassaient beaucoup moins fréquemment . Ils ont également enregistré des processus de polymérisation (par le biais d'interactions protéine-protéine); de nouveau, la méthode s'est avérée plus rapide et moins perturbante par rapport à l'opération de traçage-retraçage AFM standard.

Les scientifiques sont convaincus que leur "méthode simple et très efficace sera bientôt installée dans les systèmes HS-AFM existants et à venir, et améliorera un large éventail d'études d'imagerie HS-AFM en biophysique et dans d'autres domaines."