Microscopi a scansione di sonda Nanosurf mod. FlexAFM ed AFM home designed
Marco Girasole -
Giovanni Longo -
BioTech@ISMb
Diverse strumentazioni sono accoppiate al microscopio per permettere una analisi più completa dei sistemi. In particolare, l’AFM è montato su un microscopio ottico rovesciato con potenzialità di analisi in fluorescenza e può essere accoppiato a sorgenti laser esterne, anche al femtosecondo. Per lo studio di biosistemi, o di altri campioni che richiedano controllo ambientale, i microscopi possono essere integrati in un incubatore che garantisce, ad esempio, condizioni ideali per la crescita cellulare.
SPECIFICHE TECNICHE
- Scanner veloce a traslazione flessurale
- Sistema di controreazione X/Y/Z a loop chiuso o aperto
- Laser IR (800nm) per il monitoraggio del sensore
- Area di scansione massima (x/y/z): 100x100x20 µm
- Dimensione massima del campione (x/y/x): 5x5x0.5 cm
- Velocità massima di misura delle curve di forza: 50 ms
- Velocità massima di scansione per immagini: 0.5 s/riga (2 Hz)
TECNICHE DISPONIBILI
- Immagini morfologiche in contact mode, non contact mode, tapping mode
- Immagini in forze laterali dei campioni con risoluzioni nanometriche
- Immagini in forze magnetiche ed elettriche
- Misura di singole, multiple e mappe di curve forza-distanza
- Nanomotion sensors
CAMPIONI
- L’AFM permette l’acquisizione di immagini morfologiche e di proprietà nanomeccaniche con risoluzione in diverse condizioni ambientali, ivi compresi i liquidi fisiologici. Non sono richieste specifiche proprietà elettriche dei campioni per abilitarne le analisi.
Accoppiando la caratterizzazione AFM con opportune indagini spettroscopiche si possono caratterizzare efficacemente monolayer (superfici funzionalizzate, sensori/biosensori), campioni bidimensionali, sistemi ibridi di interesse per l’energia, complessi macromolecolari, problemi di folding/unfolding, alterazioni di proteine in soluzione o seguire l’evoluzione temporale dei sistemi di interesse, inclusi i sistemi cellulari
UTILIZZATO PER
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Misura della morfologia dei campioni, con risoluzioni nanometriche
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Misura della proprietà tribologiche dei campioni (immagini in forze laterali)
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Misura delle proprietà elettriche e magnetiche dei campioni sulla nanoscala
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Misura delle proprietà nanomeccaniche (elasticità, durezza etc.) dei campioni sulla scala nanometrica
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Misura della viscoelasticità dei campioni
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Misura di forze (adesive, di idratazione, di doppio layer, idrofobiche, legami covalenti etc)
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Spettroscopia di forza di molecole e polimeri
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Misure di nano-motilità di sistemi biologici (nanomotion sensors)
ESEMPI APPLICATIVI
Invecchiamento di globuli rossi in condizioni normali ed in microgravità
La microgravità è, per cellule molto percettive come gli RBC, uno stimolo ambientale che viene percepito e processato tanto quanto quelli chimici. In questo lavoro abbiamo studiato, per la prima volta, l’invecchiamento in microgravità di cellule che vivono in sospensione dimostrando che esso si sviluppa attraverso un percorso diverso da quello convenzionale. Infatti, la microgravità viene percepita dalla cellula come una alterazione biomeccanica, poi tradotta in modulazioni dei cicli metabolici ed infine risulta in pattern morfologici distinti da quelli dell’invecchiamento convenzionale. Lo studio è stato possibile attraverso l’impiego combinato di AFM, tecniche biochimiche e spettroscopie UV/vis.
Si veda: Dinarelli et al. Scientific Report 8:5277 (2018)
Inquinanti metallici nanodimensionati in tessuti di mitili
Lo studio si è sviluppato nell’ambito di un programma di monitoraggio delle condizioni marine in occasione della costruzione di piattaforme di estrazione di gas nell’Adriatico. Per la parte di microscopia lo studio ha richiesto l’analisi AFM morfologica, reologica e nanomeccanica di sezioni istologiche di tessuti estratti dagli organi bersaglio maggiormente sensibili dei mitili. I risultati hanno consentito di evidenziare la presenza di inquinanti metallici attraverso immagini di lateral force e di evidenziare la capacità di alcuni nanomateriali di indurre alterazioni delle proprietà nanomeccaniche dei tessuti. Anche il grado di alterazione locale della tessitura degli organi è stato valutato.
Si veda: Dinarelli et al. J. Mol. Rec. e2851 (2020)
Nanomotion sensor: il movimento dei biosistemi sulla nanoscala
Sfruttando la capacità dell’AFM di tradurre piccoli spostamenti verticali del leverino in segnale misurabile, i microscopi AFM al BioTech@ISM sono stati modificati per misurare le vibrazioni nanometriche di sistemi biologici vivi. Si tratta di una applicazione innovativa dell’AFM, il nanomotion sensor, che si propone come un nuovo strumento d’indagine in real-time del comportamento dei biosistemi e della loro attività metabolica. Il nanomotion sensor ha molteplici applicazioni che vanno dallo studio dei cicli enzimatici delle proteine, alla microbiologia fino alle strategie per la lotta contro le malattie neurodegenerative.
Si veda: Dinarelli et al. J. Microbiol. Met. 138:72 (2017)
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