Los pescadores experimentados saben que las aguas agitadas dificultan la pesca, así que tratan de no mover el barco. Gracias a una nueva técnica de microscopía, Los investigadores de biología celular pueden seguir ese mismo consejo.

Investigadores de la Universidad de Illinois desarrollaron un método que llaman "trolling AFM, "que les permite estudiar muestras biológicas blandas en líquido con alta resolución y alta calidad. Dirigido por el profesor de ingeniería y ciencia mecánica Min-Feng Yu, el grupo publicó sus hallazgos en la revista Nanotecnología .

"Desarrollamos un método altamente sensible para la obtención de imágenes de alta resolución de muestras biológicas blandas, como las células vivas, en su condición fisiológica, "dijo Majid Minary, un recién graduado del grupo de Yu y primer autor del artículo. Minary ahora es profesor en la Universidad de Texas-Dallas. "Mejoramos el factor de calidad de los métodos comunes de obtención de imágenes de microscopía de fuerza atómica en dos órdenes de magnitud, "Dijo Minary.

El microscopio de fuerza atómica ampliamente utilizado proporciona imágenes de estructuras diminutas con alta resolución a escala atómica. El AFM tiene una sonda afilada al final de un brazo, llamado voladizo. La punta de la sonda roza la superficie de una muestra para medir mecánicas, propiedades eléctricas o químicas.

Cuando los científicos quieren estudiar células, tejido u otros materiales biológicos vivos, las muestras deben sumergirse en un líquido para mantenerlas vivas. Esto plantea dificultades para la microscopía de fuerza atómica, porque el voladizo también debe estar sumergido.

Las células y los tejidos son tan blandos que si la sonda AFM simplemente se arrastrara por la superficie, dañaría o desplazaría la muestra en lugar de leerla. Por lo tanto, Los científicos tienen que operar el AFM en modo de oscilación, con la sonda tocando suavemente a lo largo de la muestra y detectando resistencia.

Pero la oscilación en el líquido trae consigo una oleada de complicaciones.

Oscilando una estructura relativamente grande, como un voladizo AFM, a través del líquido también hace que el líquido suba y baje con la oscilación, como olas en un charco de marea, causando aún más arrastre.

"Hay una gran cantidad de resistencia hidrodinámica asociada con la operación de un voladizo tan grande, en comparación con la resolución a la que intentas acercarte, "dijo Yu, "por lo que causa muchas molestias, grabado como ruido, lo que sobrepasa todos los datos reales que está intentando obtener de la muestra ".

El alto nivel de ruido requiere que la sonda toque más fuerte para encontrar una señal. Esto significa que la punta deforma una celda cuando la sonda presiona hacia abajo, y solo grande, elementos estructurales rígidos como el núcleo son visibles, haciendo que AFM sea incapaz de resolver la estructura de la membrana, propiedades y contornos con alta resolución.

El grupo de Yu ideó una solución al problema al permitir que el voladizo oscile en el aire sobre el líquido mientras la muestra aún está sumergida. Adjuntan una delgada, nanoaguja larga, una estructura que el grupo desarrolló previamente, hasta el final de la sonda, extendiendo eficazmente la punta.

"Lo llamamos AFM 'modo trolling', como en la pesca donde una parte del hilo de pescar se sumerge en el agua y la otra parte arriba, "Dijo Yu.

Mientras que la AFM de tejidos blandos con una sonda sumergida es como intentar pescar con un remo grande en una piscina de olas, el nuevo arreglo es como arrastrar un hilo de pescar en un estanque tranquilo. La nanoaguja desplaza muy poco líquido y provoca muy poca resistencia. sin embargo, es muy receptivo, de modo que el voladizo pueda oscilar muy suavemente con una amplitud muy pequeña.

"Una vez que elimines el ruido, toda la información que obtiene es de la muestra, en lugar de la interacción entre la punta y el líquido, "Dijo Yu.

Usando curricán AFM, el grupo obtuvo imágenes topográficas de alta resolución de células humanas.

"Podemos hacer tapping con una fuerza tan pequeña que podemos revelar los contornos regionales de la membrana, "dijo Ning Wang, profesor de ciencias mecánicas e ingeniería y coautor del artículo. "No solo eso, más importante, obtenemos el mapa viscoelástico. Le ponemos un poco de fuerza, y ver qué viscoelástico es ".

Gracias a la mínima perturbación, El AFM de arrastre también puede funcionar a alta frecuencia, lo que podría permitir a los investigadores estudiar la dinámica de estructuras celulares que antes no eran detectables.

Próximo, los investigadores quieren ampliar la utilidad de este instrumento con capacidad de medición dinámica adicional. El equipo también trabajará con biólogos para identificar problemas relacionados con la membrana celular y perfeccionar el AFM de arrastre para resolver estructuras en la membrana.