La microscopia a forza atomica ad alta velocità (HS-AFM) è una tecnica di imaging che può essere utilizzata per visualizzare processi biologici, per esempio l'attività delle proteine. Oggi, i frame rate tipici di HS-AFM raggiungono i 12 frame al secondo. Al fine di migliorare le capacità del metodo, in modo che possa essere applicato a una gamma sempre più ampia di campioni biologici, sono necessarie velocità video migliori, anche se. Inoltre, tempi di registrazione più rapidi implicano una minore interazione tra il campione e la sonda, una punta che scansiona la superficie del campione, rendendo la procedura di imaging meno invasiva. Ora, Shingo Fukuda e Toshio Ando del Nano Life Science Institute (WPI-NanoLSI), L'Università di Kanazawa ha sviluppato un approccio HS-AFM alternativo per aumentare la frequenza dei fotogrammi fino a 30 fotogrammi al secondo.

Un'immagine AFM viene generata spostando lateralmente una punta appena sopra la superficie di un campione. Durante questo movimento di scansione xy, la posizione della punta nella direzione perpendicolare al piano xy (la coordinata z) seguirà il profilo di altezza del campione. La variazione della coordinata z della punta produce quindi una mappa dell'altezza, l'immagine del campione.

Fukuda e Ando hanno lavorato su HS-AFM nella cosiddetta modalità di modulazione di ampiezza. La punta viene quindi fatta oscillare con un'ampiezza impostata. Durante la scansione di una superficie, l'ampiezza dell'oscillazione cambierà a causa delle variazioni di altezza nella struttura del campione. Per tornare all'ampiezza originale, è necessario apportare una correzione alla distanza punta-campione. Quanto deve essere grande la correzione è correlato alla topologia della superficie del campione, ed è dettato dal cosiddetto errore di controllo in retroazione del setup. Gli scienziati hanno notato che l'errore di controllo del feedback è diverso quando la punta si muove in direzioni opposte, chiamato tracciare e ripercorrere. Questa differenza è in definitiva dovuta alle diverse forze fisiche in gioco quando la punta viene "tirata" (traccia) e quando viene "spinta" (ritraccia).

Sulla base delle loro intuizioni sulla fisica dei processi di tracciamento e ritracciamento, Fukuda e Ando hanno sviluppato un regime di imaging che aggira il ritracciamento. Questo deve quindi essere adeguatamente considerato nell'algoritmo di controllo. I ricercatori hanno testato la loro modalità di imaging a sola traccia su campioni di filamenti di actina. (L'actina è una proteina molto comune nelle cellule.) L'imaging non era solo più veloce, ma anche meno invasivo:i filamenti si rompevano molto meno frequentemente. Hanno anche registrato processi di polimerizzazione (attraverso interazioni proteina-proteina); ancora, il metodo è risultato essere più veloce e meno fastidioso rispetto all'operazione di tracciamento-ritracciamento AFM standard.

Gli scienziati sono fiduciosi che il loro "metodo semplice e altamente efficace sarà presto installato nei sistemi HS-AFM esistenti e futuri, e migliorerà una vasta gamma di studi di imaging HS-AFM in biofisica e in altri campi".