(Phys.org) —I ricercatori della JILA hanno progettato un breve, flessibile, sonda riutilizzabile per il microscopio a forza atomica (AFM) che consente precisione e stabilità all'avanguardia nelle misurazioni della forza su scala pico. Più corto, più morbido e agile rispetto alle sonde AFM standard e recentemente migliorate, i suggerimenti JILA andranno a beneficio della nanotecnologia e degli studi sul ripiegamento e l'allungamento in biomolecole come proteine ​​e DNA.

Una sonda AFM è un cantilever, a forma di minuscolo trampolino con un piccolo, punto su scala atomica all'estremità libera. Per misurare le forze su scala molecolare in un liquido, la sonda attacca la sua punta a una molecola come una proteina e tira; viene misurata la flessione risultante del cantilever. Le forze sono nel regno dei piconewton, o trilionesimi di newton. Un newton è all'incirca il peso di una piccola mela.

Il nuovo design della sonda, descritto in ACS Nano, è il terzo recente progresso del gruppo di ricerca JILA nella tecnologia AFM. JILA è gestita congiuntamente dal National Institute of Standards and Technology (NIST) e dall'Università del Colorado Boulder.

Il gruppo ha precedentemente migliorato la stabilità della posizione AFM utilizzando raggi laser per rilevare il movimento e rimuovendo il rivestimento in oro dalle punte lunghe della sonda, o cantilever, per migliorare la stabilità della forza a lungo termine. Però, rimuovere l'oro riduce la forza del segnale misurato, e l'uso di lunghi cantilever porta ad altri problemi di misurazione come una risposta più lenta a eventi dinamici come lo sviluppo delle proteine.

L'ultima modifica supera questi e altri problemi, migliorare la precisione senza perdita di stabilità, velocità, o sensibilità. I ricercatori di JILA hanno utilizzato un fascio di ioni focalizzato per praticare un foro al centro di un breve cantilever commerciale e hanno assottigliato le restanti strutture di supporto, riducendo così la rigidità del cantilever e l'attrito vicino alle superfici. Il risultato è un'eccellente stabilità a lungo termine e una migliore precisione a breve termine, rispettivamente, nelle misure di forza AFM.

I ricercatori JILA hanno anche aggiunto un cappuccio protettivo in vetro sul rivestimento in oro all'estremità del cantilever per mantenere la riflettività benefica, e poi rimosso l'oro rimanente per ottenere la stabilità della forza. Il cantilever modificato consente una rapida, misurazioni di forza precise e stabili su un'ampia gamma di frequenze operative.

"In precedenza, abbiamo dovuto fare la media del moto browniano (casuale) del nostro cantilever preferito per circa 60 millisecondi per ottenere una misurazione con una precisione di 1 piconewton, "Il biofisico della JILA/NIST Tom Perkins dice. "Ora, possiamo ottenere la stessa precisione in circa 1 millisecondo."

I ricercatori di JILA hanno dimostrato vantaggi significativi per gli studi sulle singole molecole. Ad esempio, il corto, i cantilever morbidi possono misurare rapidamente i cambiamenti improvvisi di forza quando una proteina si dispiega. Il ripiegamento delle proteine ​​è necessario per una corretta funzione biologica e il ripiegamento errato può portare a malattie come l'Alzheimer. I nuovi cantilever corrispondono alla risposta di più rigidi, cantilever non modificati ma con maggiore stabilità e precisione. La stabilità della forza è cruciale in questa applicazione perché i tassi di ripiegamento e spiegamento delle proteine ​​sono esponenzialmente sensibili a piccoli cambiamenti (inferiori a 1 piconewton) nel carico applicato. Il nuovo dispositivo può anche tracciare eventi fugaci su nanoscala, compreso il ripiegamento delle proteine, per centinaia di secondi, periodi molto più lunghi di quanto fosse possibile in precedenza. Il nuovo design dovrebbe essere applicabile anche al rilevamento rapido delle proprietà meccaniche dei materiali su scala nanometrica.

In modo significativo, i nuovi cantilever sono abbastanza robusti da essere riutilizzati per più giorni. Inoltre, I ricercatori JILA affermano che il nuovo design è semplice ed economico da realizzare, e quindi, adatto per l'uso di routine.

"Incredibilmente, questo progetto è stato guidato da uno studente universitario di talento. Speriamo che altri gruppi con studenti di talento simile adottino questi cantilever. Siamo certamente, " ha detto Perkins.