Жидкосиловая микроскопия - Fluidic force microscopy

Жидкосиловая микроскопия (FluidFM) является разновидностью сканирующая зондовая микроскопия, и обычно используется на стандартный инвертированный световой микроскоп.

Уникальной особенностью FluidFM является то, что он вводит микроскопические каналы в AFM зонды. Эти каналы могут иметь апертуру менее 300 нм или в 500 раз тоньше, чем человеческая прическа. Эти нанометрические характеристики позволяют обрабатывать жидкие объемы на фемтолитр (fL) масштаб, а также силовые манипуляции с субмикронными объектами. Через наножидкостные каналы вещества можно, например, вводить в отдельные клетки или клетки можно изолировать от конфлюэнтного слоя.

Технологии

В качестве зондов FluidFM используются специальные микропипетки и нанопипетки с отверстиями от 300 нм до 8 мкм. Больший диаметр полезен для экспериментов по адгезии отдельных клеток, тогда как меньший диаметр предоставляет хорошие возможности для нанолитографии и обработки субмикронных объектов. По сравнению с традиционным стеклянные микропипетки Зонды FluidFM более бережны для мягких образцов, таких как клетки. Им можно управлять с точностью pN и нм, а также обрабатывать объемы более точно и согласованно благодаря процессу изготовления на основе пластин. FluidFM имеет уникальные преимущества для приложений с одной ячейкой и не только.

Для контроля объемов в диапазоне fL FluidFM полагается на контроль давления. В зависимости от области применения используется либо избыточное давление, либо вакуум. Типичное рабочее давление находится в диапазоне нескольких гПа.

Технология FluidFM обычно используется поверх инвертированного микроскопа. Помимо стандартных АСМ эксперименты FluidFM дает возможность выполнять бесчисленное множество других приложений, таких как инъекция отдельных клеток и адгезия, а также нанолитография и споттинг.

Приложения

Инъекции отдельных клеток - важный инструмент в биологических науках, биологии и медицине. Для проведения экспериментов с инъекцией одной клетки зонд протыкает клетку и вводится вещество. С FluidFM вероятность успеха составляет почти 100%, в отличие от других методов, потому что зонды маленькие, острые и чувствительны к усилию.[1][2]

Отдельную клетку можно изолировать от прилипшего, даже сливного культура клеток или клеточная суспензия. Затем выделенная клетка может быть проанализирована с помощью установленных методов для одной клетки или может быть использована для выращивания новой колонии. FluidFM использовался для изоляции млекопитающее клетки дрожжи и бактерии.[3][4][5]

Измеряя адгезия одиночных клеток может быть получена важная информация по разным темам биологии и материаловедения. С FluidFM можно увеличить скорость проведения этих экспериментов и даже оценить адгезию разросшихся клеток. Исследуемая ячейка обратимо прикрепляется к зонду за счет создания разрежения. Поднимая зонд, можно измерить силу адгезии с разрешением pN.[6][7][8]

Метод проведения эксперимента по адгезии отдельных бактерий такой же, как и для отдельных клеток. Он предоставляет информацию о том, как бактериальные клетки взаимодействуют со своей поверхностью и друг с другом.[9]

Коллоидные эксперименты дают возможность измерить силы взаимодействия между коллоидными частицами и поверхностями, а также локальную эластичность сложных субстратов. Скорость, с которой могут быть выполнены эти эксперименты, довольно низкая, потому что обычно коллоиды должны быть предварительно наклеены на зонд AFM. Напротив, коллоидные зонды можно обратимо прикреплять к зонду FluidFM за счет пониженного давления. Следовательно, один зонд можно использовать для множества экспериментов и множества коллоидов.[8][10]

Нанолитография это процесс травления, письма или печати структур в диапазоне нанометров. Небольшие количества жидкости можно дозировать через наконечник зонда. С FluidFM дозируемые объемы от менее фл. До многих мкл. FluidFM работает как в воздухе, так и в жидкости.[11][12]

Пятна - это процесс печати пятен и массивов высокой плотности в диапазоне от нанометра до одного микрометра. Можно напечатать практически любую жидкость. Печатные частицы могут быть, например, олигонуклеотидами, белками, ДНК, вирионами или бактериальными клонами. Пятна образуются, когда нанопипетка соприкасается с поверхностью, и вещество выходит из зонда с помощью короткого импульса давления.[12][13]

Рекомендации

  1. ^ 2013. О. Гийом - Джентиль, Э. Поттхофф, Д. Оссола, П. Дериг, Т. Замбелли и Дж. А. Ворхольт. Инъекция жидкости с контролируемой силой в ядра отдельных клеток. Малая, 9 (11), 1904 - 1907 гг. Дои:10.1002 / smll.201202276
  2. ^ 2009. А. Мейстер, М. Габи, П. Бер, П. Штудер, Й. Вёрёш, П. Нидерманн, Дж. Биттерли, Й. Полесель-Марис, М. Лили, Х. Хайнцельманн и Т. Замбелли. FluidFM: сочетание атомно-силовой микроскопии и наножидкостей в универсальной системе доставки жидкости для применения в отдельных клетках и не только. Нано Письма, 9 (6), 2501 - 2507. Дои:10.1021 / nl901384x
  3. ^ 2014 O. Guillaume-Gentil, T. Zambelli & J.A. Ворхольт. Выделение отдельных клеток млекопитающих из прилипших культур методом жидкостной силовой микроскопии. Лаборатория на чипе, 14 (2), 402–14. Дои:10.1039 / c3lc51174j
  4. ^ 2010. П. Дериг, П. Штифель, П. Бер, Э. Сараджлик, Д. Бийл, М. Габи, Й. Вёрёш, Я.А. Ворхольт и Т. Замбелли. Пространственное манипулирование жизнеспособными клетками и микроорганизмами млекопитающих с контролем силы с помощью технологии FluidFM. Письма по прикладной физике, 97 (2), 023701 1–3. Дои:10.1063/1.3462979
  5. ^ 2013. P. Stiefel, T. Zambelli, J.A. Ворхольт. Выделение отдельных бактерий с оптическим прицелом путем применения жидкостной силовой микроскопии к аэробным аноксигенным фототрофам из филлосферы. Прикладная и экологическая микробиология, 79 (16), 4895–4905. Дои:10.1128 / AEM.01087-13
  6. ^ 2014. Э. Поттхофф, Д. Франко, В. Д’Алессандро, К. Старк, В. Фальк, Т. Замбелли, Дж. А. Ворхольт, Д. Пуликакос и А. Феррари. К рациональному дизайну текстур поверхности, способствующим эндотелиализации. Нано Письма, 14 (2), 1069 - 1079. Дои:10.1021 / nl4047398
  7. ^ 2012. Э. Поттхофф, О. Гийом - Жентиль, Д. Оссола, Дж. Полесель - Марис, С. Лейбунд Гут - Ландманн, Т. Замбелли и Дж. А. Ворхольт. Быстрая и последовательная количественная оценка сил адгезии клеток дрожжей и млекопитающих. PLoS ONE, 7 (12), e52712. Дои:10.1371 / journal.pone.0052712
  8. ^ а б 2013. П. Дериг, Д. Оссола, А. М. Труонг, М. Граф, Ф. Штауфер, Й. Вёрёш и Т. Замбелли. Сменные коллоидные АСМ-зонды для количественного определения необратимых и долговременных взаимодействий. Биофизический журнал, 105 (2), 463 - 472. Дои:10.1016 / j.bpj.2013.06.002
  9. ^ 2015. Э. Поттхофф, Д. Оссола, Т. Замбелли и Дж. А. Ворхольт. Количественная оценка силы бактериальной адгезии с помощью жидкостной силовой микроскопии. (2015) Наноразмер, 7 (9), 4070 - 4079. Дои:10.1039 / c4nr06495j
  10. ^ 2015. Б. Р. Симона, Л. Хирт, Л. Демко, Т. Замбелли, Й. Вёрёш, М. Эрбар и В. Миллерет. Градиенты плотности на границах раздела гидрогеля для улучшенного проникновения в клетки. Биоматр. Sci. Дои:10.1039 / C4BM00416G
  11. ^ 2013. Р. Р. Грютер, Й. Вёрёш и Т. Замбелли. FluidFM как инструмент литографии в жидкости: пространственно контролируемое осаждение флуоресцентных наночастиц. Наномасштаб, 5 (3), 1097 - 104. Дои:10.1039 / c2nr33214k
  12. ^ а б 2014. Х. Дермутц, Р. Р. Грютер, А.М. Труонг, Л. Демко, Й. Вёрёш и Т. Замбелли. Локальная замена полимера для формирования паттерна нейронов и управления нейритами in situ. Ленгмюр: журнал ACS поверхностей и коллоидов, 30 (23), 7037 - 46. Дои:10.1021 / la5012692
  13. ^ 2009. А. Майстер, Й. Полесель - Марис, П. Нидерманн, Я. Пшибилска, П. Штудер, М. Габи, П. Бер, Т. Замбелли, М. Лили, Й. Вёрёш и Х. Хайнцельманн. Наноразмерное дозирование в жидкой среде стрептавидина на функционализированную биотином поверхность с использованием полых зондов для атомно-силовой микроскопии. Микроэлектронная инженерия, 86 (4-6), 1481 - 1484. Дои:10.1016 / j.mee.2008.10.025