Les pêcheurs expérimentés savent que les eaux agitées rendent la pêche difficile, alors ils essaient de ne pas faire basculer le bateau. Grâce à une nouvelle technique de microscopie, les chercheurs en biologie cellulaire peuvent suivre ce même conseil.

Des chercheurs de l'Université de l'Illinois ont mis au point une méthode qu'ils appellent "trolling AFM, " qui leur permet d'étudier des échantillons biologiques mous dans un liquide avec une haute résolution et une haute qualité. Dirigé par le professeur de sciences mécaniques et d'ingénierie Min-Feng Yu, le groupe a publié ses conclusions dans la revue Nanotechnologie .

"Nous avons développé une méthode très sensible pour l'imagerie à haute résolution d'échantillons biologiques mous, comme les cellules vivantes, dans leur état physiologique, " dit Majid Minary, un récent diplômé du groupe de Yu et premier auteur de l'article. Minary est maintenant professeur à l'Université du Texas-Dallas. « Nous avons amélioré le facteur de qualité des méthodes d'imagerie par microscopie à force atomique courantes de deux ordres de grandeur, " dit Minary.

Le microscope à force atomique largement utilisé fournit des images de structures minuscules avec une haute résolution à l'échelle atomique. L'AFM a une sonde pointue au bout d'un bras, appelé porte-à-faux. La pointe de la sonde effleure la surface d'un échantillon pour mesurer la mécanique, propriétés électriques ou chimiques.

Quand les scientifiques veulent étudier les cellules, tissu ou autre matériel biologique vivant, les échantillons doivent être immergés dans un liquide pour les maintenir en vie. Cela pose des difficultés pour la microscopie à force atomique, car le porte-à-faux doit également être immergé.

Les cellules et les tissus sont si mous que si la sonde AFM était simplement traînée sur la surface, cela endommagerait ou déplacerait l'échantillon au lieu de le lire. Par conséquent, les scientifiques doivent faire fonctionner l'AFM en mode oscillation - la sonde tapotant doucement le long de l'échantillon et détectant la résistance.

Mais l'oscillation dans le liquide entraîne une marée de complications dans son sillage.

Oscillant une structure relativement grande, comme un porte-à-faux AFM, à travers le liquide fait également monter et descendre le liquide avec l'oscillation, comme des vagues dans un bassin de marée, provoquant encore plus de traînée.

"Il y a une énorme quantité de traînée hydrodynamique associée à l'utilisation d'un si grand cantilever, par rapport à la résolution que vous essayez d'approcher, " dit Yu, « donc cela cause beaucoup de perturbations, enregistré comme du bruit, qui dépasse toutes les données réelles que vous essayez d'obtenir à partir de l'échantillon."

Le niveau de bruit élevé oblige la sonde à appuyer plus fort pour trouver un signal. Cela signifie que la pointe déforme une cellule lorsque la sonde appuie vers le bas, et seulement grand, des éléments structurels rigides tels que le noyau sont visibles, rendant l'AFM incapable de résoudre la structure de la membrane, propriétés et contours à haute résolution.

Le groupe de Yu a trouvé une solution au problème en permettant au porte-à-faux d'osciller dans l'air au-dessus du liquide alors que l'échantillon est encore immergé. Ils ont attaché un mince, nanoaiguille longue - une structure que le groupe a développée précédemment - jusqu'au bout de la sonde, étendre efficacement la pointe.

"Nous l'appelons AFM "mode pêche à la traîne", comme dans la pêche où une partie de la ligne de pêche est immergée dans l'eau et l'autre partie au-dessus, " dit Yu.

Alors que l'AFM des tissus mous avec une sonde immergée, c'est comme essayer de matraquer un poisson avec une grande pagaie dans une piscine à vagues, le nouvel arrangement est comme traîner une ligne de pêche dans un étang calme. La nanoaiguille déplace très peu de liquide et provoque très peu de traînée, est pourtant très réactif, de sorte que le porte-à-faux puisse osciller très doucement avec une très faible amplitude.

"Une fois que vous avez supprimé le bruit, toutes les informations que vous obtenez proviennent de l'échantillon, au lieu de l'interaction entre la pointe et le liquide, " dit Yu.

En utilisant l'AFM de pêche à la traîne, le groupe a obtenu des images topographiques à haute résolution de cellules humaines.

"Nous pouvons taper avec une force si petite que nous pouvons révéler les contours régionaux de la membrane, " a déclaré Ning Wang, professeur de sciences mécaniques et d'ingénierie et co-auteur de l'article. "Non seulement que, plus important, on obtient la carte viscoélastique. On y met un peu de force, et voyez à quel point il est viscoélastique."

Grâce à la perturbation minimale, la pêche à la traîne AFM peut également fonctionner à haute fréquence, ce qui pourrait permettre aux chercheurs d'étudier la dynamique de structures cellulaires qui auparavant n'étaient pas détectables.

Prochain, les chercheurs souhaitent étendre l'utilité de cet instrument avec une capacité de mesure dynamique supplémentaire. L'équipe travaillera également avec des biologistes pour identifier les problèmes liés à la membrane cellulaire et affiner l'AFM à la traîne pour résoudre les structures dans la membrane.