Les sondes AFM modifiées de JILA mesurant les molécules d'ADN. L'ancien mod (long cantilever, à droite) a éliminé le revêtement d'or habituel pour améliorer la stabilité à long terme. La dernière version (à gauche) conserve le revêtement doré là où cela est nécessaire pour refléter la lumière mais conserve une excellente stabilité. Les chercheurs ont également supprimé une grande section pour réduire la rigidité et la friction près des surfaces. La nouvelle sonde fournit des résultats précis beaucoup plus rapidement qu'auparavant, tout en réduisant le « bruit » (gribouillis colorés). Crédit :Baxley/JILA
(Phys.org) —Les chercheurs de la JILA ont conçu un court, souple, sonde réutilisable pour le microscope à force atomique (AFM) qui permet une précision et une stabilité de pointe dans les mesures de force à l'échelle pico. Plus court, plus doux et plus agile que les sondes AFM standard et récemment améliorées, les conseils JILA bénéficieront à la nanotechnologie et aux études sur le repliement et l'étirement de biomolécules telles que les protéines et l'ADN.
Une sonde AFM est un cantilever, en forme de petit plongeoir avec un petit, point d'échelle atomique sur l'extrémité libre. Pour mesurer des forces à l'échelle moléculaire dans un liquide, la sonde attache sa pointe à une molécule telle qu'une protéine et tire; la déviation résultante du porte-à-faux est mesurée. Les forces sont du domaine des piconewtons, ou des billions de newton. Un newton équivaut à peu près au poids d'une petite pomme.
La nouvelle conception de la sonde, décrit dans ACS Nano, est la troisième avancée récente du groupe de recherche JILA dans la technologie AFM. JILA est géré conjointement par le National Institute of Standards and Technology (NIST) et l'Université du Colorado Boulder.
Le groupe a précédemment amélioré la stabilité de la position de l'AFM en utilisant des faisceaux laser pour détecter le mouvement et en enlevant le revêtement d'or des longues pointes de sonde, ou en porte-à-faux, pour améliorer la stabilité de la force à long terme. Cependant, retirer l'or réduit la force du signal mesuré, et l'utilisation de longs cantilevers entraîne d'autres problèmes de mesure tels qu'une réponse plus lente à des événements dynamiques tels que le dépliement des protéines.
La dernière modification surmonte ces problèmes et d'autres, amélioration de la précision sans perte de stabilité, la vitesse, ou sensibilité. Les chercheurs de JILA ont utilisé un faisceau d'ions focalisé pour percer un trou au centre d'un court cantilever commercial et aminci les structures de support restantes, réduisant ainsi la rigidité et la friction du porte-à-faux près des surfaces. Le résultat est une excellente stabilité à long terme et une précision améliorée à court terme, respectivement, dans les mesures de force AFM.
Les chercheurs de JILA ont également ajouté un capuchon de protection en verre sur le revêtement doré à l'extrémité du porte-à-faux pour conserver une réflectivité bénéfique, puis retiré l'or restant pour gagner en stabilité de force. Le porte-à-faux modifié permet des mesures de force précises et stables sur une large gamme de fréquences de fonctionnement.
"Précédemment, nous avons dû faire la moyenne du mouvement brownien (aléatoire) de notre porte-à-faux préféré pendant environ 60 millisecondes pour obtenir une mesure avec une précision de 1 piconewton, " dit Tom Perkins, biophysicien du JILA/NIST. " Maintenant, nous pouvons obtenir la même précision en 1 milliseconde environ."
Les chercheurs de JILA ont démontré des avantages significatifs pour les études de molécules uniques. Par exemple, le court, les porte-à-faux souples peuvent mesurer rapidement les changements brusques de force lorsqu'une protéine se déploie. Le repliement des protéines est nécessaire au bon fonctionnement biologique et un mauvais repliement peut entraîner des maladies telles que la maladie d'Alzheimer. Les nouveaux cantilevers correspondent à la réponse des plus rigides, cantilevers non modifiés mais avec plus de stabilité et de précision. La stabilité de la force est cruciale dans cette application car les taux de repliement et de dépliement des protéines sont exponentiellement sensibles à de minuscules changements (inférieurs à 1 piconewton) dans la charge appliquée. Le nouvel appareil peut également suivre des événements fugaces à l'échelle nanométrique, y compris le repliement des protéines, sur des centaines de secondes, des périodes beaucoup plus longues qu'auparavant. La nouvelle conception devrait également être applicable au sondage rapide des propriétés mécaniques des matériaux à l'échelle nanométrique.
Significativement, les nouveaux cantilevers sont suffisamment robustes pour être réutilisés plusieurs jours. De plus, Les chercheurs de JILA affirment que le nouveau design est simple et peu coûteux à réaliser, Et ainsi, adapté à un usage courant.
"Étonnamment, ce projet a été mené par un étudiant de premier cycle talentueux. Nous espérons que d'autres groupes avec des étudiants aussi talentueux adopteront ces porte-à-faux. Nous sommes certainement, " a déclaré Perkins.
