(Phys.org) —Los investigadores de JILA han diseñado un flexible, Sonda reutilizable para el microscopio de fuerza atómica (AFM) que permite una precisión y estabilidad de vanguardia en las mediciones de fuerza a picosescala. Más corta, más suave y ágil que las sondas AFM estándar y recientemente mejoradas, las puntas JILA beneficiarán a la nanotecnología y a los estudios de plegamiento y estiramiento en biomoléculas como proteínas y ADN.

Una sonda AFM es un voladizo, con forma de pequeño trampolín con un pequeño punto de escala atómica en el extremo libre. Para medir fuerzas a escala molecular en un líquido, la sonda une su punta a una molécula como una proteína y tira; Se mide la deflexión resultante del voladizo. Las fuerzas están en el reino de los piconewtons, o billonésimas de newton. Un newton es aproximadamente el peso de una manzana pequeña.

El nuevo diseño de sonda, descrito en ACS Nano, es el tercer avance reciente del grupo de investigación JILA en tecnología AFM. JILA es operado conjuntamente por el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) y la Universidad de Colorado Boulder.

El grupo mejoró previamente la estabilidad de la posición del AFM mediante el uso de rayos láser para detectar el movimiento y eliminar el revestimiento dorado de las puntas de las sondas largas. o voladizos, para mejorar la estabilidad de la fuerza a largo plazo. Sin embargo, quitar el oro reduce la fuerza de la señal que se mide, y el uso de voladizos largos conduce a otros problemas de medición, como una respuesta más lenta a eventos dinámicos como el despliegue de proteínas.

La última modificación supera estos y otros problemas, mejorando la precisión sin pérdida de estabilidad, velocidad, o sensibilidad. Los investigadores de JILA utilizaron un haz de iones enfocado para hacer un agujero en el centro de un voladizo comercial corto y adelgazaron las estructuras de soporte restantes. reduciendo así la rigidez y la fricción del voladizo cerca de las superficies. El resultado es una excelente estabilidad a largo plazo y una precisión mejorada a corto plazo, respectivamente, en las mediciones de fuerza AFM.

Los investigadores de JILA también agregaron una tapa protectora de vidrio sobre el revestimiento dorado al final del voladizo para retener la reflectividad beneficiosa. y luego quitó el oro restante para ganar estabilidad de fuerza. El voladizo modificado permite una rápida, Mediciones de fuerza precisas y estables en una amplia gama de frecuencias operativas.

"Previamente, tuvimos que promediar el movimiento browniano (aleatorio) de nuestro voladizo favorito durante aproximadamente 60 milisegundos para obtener una medición que tuviera una precisión de 1 piconewton, ", Dice el biofísico de JILA / NIST Tom Perkins." Ahora, podemos obtener la misma precisión en aproximadamente 1 milisegundo ".

Los investigadores de JILA demostraron beneficios significativos para los estudios de moléculas individuales. Por ejemplo, El corto, los voladizos blandos pueden medir rápidamente cambios abruptos en la fuerza cuando se despliega una proteína. El plegamiento de proteínas es necesario para una función biológica adecuada y el plegamiento incorrecto puede provocar enfermedades como el Alzheimer. Los nuevos voladizos coinciden con la respuesta de los más rígidos, voladizos no modificados pero con mayor estabilidad y precisión. La estabilidad de la fuerza es crucial en esta aplicación porque las tasas de plegamiento y despliegue de proteínas son exponencialmente sensibles a pequeños cambios (menores de 1 piconewton) en la carga aplicada. El nuevo dispositivo también puede rastrear eventos fugaces a nanoescala, incluido el plegamiento de proteínas, durante cientos de segundos, períodos mucho más largos de lo que era posible anteriormente. El nuevo diseño también debería ser aplicable al sondeo rápido de las propiedades mecánicas de los materiales a nanoescala.

Significativamente, los nuevos voladizos son lo suficientemente robustos como para ser reutilizados durante varios días. Es más, Los investigadores de JILA dicen que el nuevo diseño es simple y económico de hacer, y por lo tanto, Adecuado para uso rutinario.

"Asombrosamente, este proyecto fue encabezado por un talentoso estudiante. Esperamos que otros grupos con estudiantes igualmente talentosos adopten estos voladizos. Ciertamente lo somos "Dijo Perkins.