stringtranslate.com

Инфракрасная наноспектроскопия (AFM-IR)

Атомно-силовой микроскоп с управляющим компьютером

AFM-IR ( атомно-силовой микроскоп-инфракрасная спектроскопия ) или инфракрасная наноспектроскопия является одним из семейства методов [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10 ] [ 11] [12] [13] [14] [15] , которые являются производными от комбинации двух родительских инструментальных методов. AFM-IR объединяет в себе химическую аналитическую мощность инфракрасной спектроскопии и высокое пространственное разрешение сканирующей зондовой микроскопии (SPM). Термин был впервые использован для обозначения метода, который объединял настраиваемый лазер на свободных электронах с атомно-силовым микроскопом (AFM, тип SPM), оснащенным острым зондом, который измерял локальное поглощение инфракрасного света образцом с наномасштабным пространственным разрешением. [16] [17] [18]

Первоначально метод требовал, чтобы образец был нанесен на призму, прозрачную для инфракрасного излучения, и имел толщину менее 1 мкм. Эта ранняя установка улучшила пространственное разрешение и чувствительность фототермических методов на основе АСМ от микрон [7] до примерно 100 нм. [8] [9] [10] [16] [19] [20] Затем использование современных импульсных оптических параметрических осцилляторов и квантовых каскадных лазеров в сочетании с верхним освещением позволило исследовать образцы на любой подложке и с повышенной чувствительностью и пространственным разрешением. В качестве последних достижений было доказано, что АСМ-ИК способна получать химические карты и наномасштабные разрешенные спектры в масштабе одной молекулы из макромолекулярных самосборок и биомолекул с диаметром около 10 нм, [18] [17] [21] [22] , а также преодолевать ограничения ИК-спектроскопии и проводить измерения в водных жидких средах. [23]

Регистрируя количество инфракрасного поглощения как функцию длины волны или волнового числа , АСМ-ИК создает инфракрасные спектры поглощения, которые можно использовать для химической характеристики и даже идентификации неизвестных образцов. [12] [15] [24] Регистрацию инфракрасного поглощения как функции положения можно использовать для создания карт химического состава, которые показывают пространственное распределение различных химических компонентов. Новые расширения оригинальной техники АСМ-ИК [18] [17] и более ранних техник [1] ​​[2] [3] [4] [6] [7] [24] позволили разработать настольные устройства, способные к нанометровому пространственному разрешению, которые не требуют призмы и могут работать с более толстыми образцами, и тем самым значительно повышая простоту использования и расширяя диапазон образцов, которые можно анализировать. АСМ-ИК достигла латерального пространственного разрешения около 10 нм с чувствительностью вплоть до масштаба молекулярного монослоя [25] и отдельных молекул белка с молекулярной массой до 400-600 кДа. [18] [17]

АСМ-ИК связана с такими методами, как рамановская спектроскопия с усилением зонда (TERS), сканирующая оптическая микроскопия ближнего поля (SNOM), [26] нано-FTIR и другими методами вибрационного анализа с использованием сканирующей зондовой микроскопии.

История

Ранняя история

Атомно-силовой микроскоп внутри ИК-Фурье-спектрометра с оптическим интерфейсом

Самые ранние измерения, сочетающие АСМ с инфракрасной спектроскопией, были выполнены в 1999 году Хаммишем и др . в Университете Ланкастера в Соединенном Королевстве [1] в финансируемом EPSRC проекте под руководством М. Рединга и Х. М. Поллока. Отдельно Андерсон в Лаборатории реактивного движения в Соединенных Штатах провел связанное измерение в 2000 году. [2] Обе группы использовали обычный инфракрасный спектрометр с преобразованием Фурье (FTIR), оснащенный широкополосным тепловым источником, излучение фокусировалось вблизи кончика зонда, который находился в контакте с образцом. Группа Ланкастера получала спектры, обнаруживая поглощение инфракрасного излучения с помощью температурно-чувствительного теплового зонда. Андерсон [2] использовал другой подход, используя обычный зонд АСМ для обнаружения теплового расширения . Он сообщил об интерферограмме , но не о спектре; первый инфракрасный спектр, полученный таким образом, был сообщен Хаммишем и др . в 2004 году: [6] это представляло собой первое доказательство того, что спектральная информация об образце может быть получена с помощью этого подхода.

Оба этих ранних эксперимента использовали широкополосный источник в сочетании с интерферометром; поэтому эти методы можно было бы назвать AFM-FTIR, хотя Хаммиш и др . ввели более общий термин фототермическая микроспектроскопия или PTMS в своей первой статье. [1] PTMS имеет различные подгруппы; [27] включая методы, которые измеряют температуру [1] [3] [4] [6] [7] [14] [28] измеряют тепловое расширение [2] [6] [8] [9] [10] [11] [12] [13] используют широкополосные источники. [1] [2] [3] [4] [6] [7] используют лазеры [8] [9] [10] [11] [12] [28] возбуждают образец с помощью затухающих волн, [8] [9] [10] [11] [15] освещают образец непосредственно сверху [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [12] [14] [25] [28] и т. д. и различные их комбинации. По сути, все они используют фототермический эффект. Различные комбинации источников, методов, методов обнаружения и методов освещения имеют преимущества для различных приложений. [6] Следует позаботиться о том, чтобы было ясно, какая форма ПТМС используется в каждом случае. В настоящее время не существует общепринятой номенклатуры. Первоначальная технология, получившая название АСМ-ИК, которая вызывала резонансное движение в зонде с помощью лазера на свободных электронах, была разработана путем использования вышеупомянутых изменений и в результате приобрела различные формы.

Пионерские эксперименты Хаммиша и др. и Андерсона имели ограниченное пространственное разрешение из-за тепловой диффузии — распространения тепла от области, где поглощался инфракрасный свет. Длина тепловой диффузии (расстояние, на которое распространяется тепло) обратно пропорциональна корню из частоты модуляции. Следовательно, пространственное разрешение, достигнутое ранними подходами АСМ-ИК, составляло около одного микрона или более из-за низких частот модуляции падающего излучения, создаваемых движением зеркала в интерферометре. Кроме того, первыми тепловыми зондами были устройства с проволокой Волластона [1] [2] [3] [4] [5] [6] , которые изначально были разработаны для микротермического анализа [29] (фактически ПТМС изначально считалась одним из семейства микротермических методов [4] ). Сравнительно большой размер этих зондов также ограничивал пространственное разрешение. Бозек и др . [3] и Рединг и др . [7] использовали тепловые зонды с наномасштабными размерами и продемонстрировали более высокое пространственное разрешение. Йе и др. [30] описали тепловой зонд типа МЭМ, дающий пространственное разрешение менее 100 нм, который они использовали для нанотермического анализа. Процесс исследования лазерных источников начался в 2001 году Хаммишем и др. , когда они получили первый спектр с помощью настраиваемого лазера ( см. Улучшение разрешения с помощью импульсного лазерного источника ).

Значительным достижением стало создание Ридингом и др . в 2001 году [4] пользовательского интерфейса, который позволял проводить измерения при освещении образца сверху; этот интерфейс фокусировал инфракрасный луч в пятно диаметром около 500 мкм, что близко к теоретическому максимуму [Примечание 1] . Использование освещения сверху вниз или сверху имеет важное преимущество, заключающееся в том, что образцы произвольной толщины можно изучать на произвольных подложках. Во многих случаях это можно сделать без какой-либо подготовки образца. Все последующие эксперименты Хаммиша, Поллока, Ридинга и их коллег проводились с использованием этого типа интерфейса, включая прибор, сконструированный Хиллом и др . для получения наномасштабных изображений с использованием импульсного лазера. [12] Работа группы из Университета Ланкастера в сотрудничестве с сотрудниками из Университета Восточной Англии привела к образованию компании Anasys Instruments для использования этой и связанных с ней технологий [31] ( см. Коммерциализация ).

Улучшение пространственного разрешения с помощью импульсных лазерных источников

Инфракрасный оптический параметрический генератор (ОПГ), 1997 г.
Схема прибора АСМ-ИК с использованием источника света OPO, созданного в Университете Восточной Англии Хиллом и др. в 2007 г. [12]

В первой статье по инфракрасному излучению на основе АСМ, написанной Хаммишем и др . [1], были изложены соответствующие общепризнанные теоретические соображения, которые предсказывают, что высокое пространственное разрешение может быть достигнуто с использованием быстрых частот модуляции из-за последующего сокращения длины тепловой диффузии. Они подсчитали, что должно быть достигнуто пространственное разрешение в диапазоне 20–30 нм. [32] Наиболее доступными источниками, которые могут достигать высоких частот модуляции, являются импульсные лазеры: даже когда скорость импульсов невысока, прямоугольная форма импульса содержит очень высокие частоты модуляции в пространстве Фурье. В 2001 году Хаммиш и др . использовали тип настольного настраиваемого импульсного инфракрасного лазера, известного как оптический параметрический осциллятор или ОПО, и получили первый инфракрасный спектр на основе зонда с помощью импульсного лазера, однако они не сообщили ни о каких изображениях. [24]

Наномасштабное пространственное разрешение АСМ-ИК-изображения с использованием импульсного лазера впервые было продемонстрировано Дацци и др . [8] в Университете Париж-Юг , Франция. Дацци и его коллеги использовали настраиваемый по длине волны лазер на свободных электронах на установке CLIO [Примечание 2] в Орсе, Франция, чтобы обеспечить инфракрасный источник короткими импульсами. Как и предыдущие исследователи, [2] [6] они использовали обычный зонд АСМ для измерения теплового расширения, но представили новую оптическую конфигурацию: образец был установлен на ИК-прозрачной призме, так что он мог возбуждаться затухающей волной. Поглощение коротких инфракрасных лазерных импульсов образцом вызывало быстрое тепловое расширение, которое создавало силовой импульс на кончике кантилевера АСМ. Импульс теплового расширения вызывал переходные резонансные колебания зонда кантилевера АСМ. Это привело к тому, что некоторые специалисты в этой области назвали эту технику фототермическим индуцированным резонансом (PTIR). [10] [24] Некоторые предпочитают термины PTIR или PTMS [1] [3] [5] [6] [7] вместо AFM-IR, поскольку эта техника не обязательно ограничивается инфракрасными длинами волн. Амплитуда колебаний кантилевера напрямую связана с количеством инфракрасного излучения, поглощаемого образцом. [33] [34] [35] [36] [ 37] [38] [39] Измеряя амплитуду колебаний кантилевера как функцию волнового числа, группа Дацци смогла получить спектры поглощения из наномасштабных областей образца. По сравнению с более ранней работой этот подход улучшил пространственное разрешение, поскольку использование коротких лазерных импульсов уменьшило длительность импульса теплового расширения до такой степени, что длины тепловой диффузии могут быть в масштабе нанометров, а не микрон.

Ключевым преимуществом использования настраиваемого лазерного источника с узким диапазоном длин волн является возможность быстро картировать местоположение определенных химических компонентов на поверхности образца. Чтобы добиться этого, группа Дацци настроила свой источник лазера на свободных электронах на длину волны, соответствующую молекулярной вибрации интересующего химического вещества, затем сопоставила амплитуду колебаний кантилевера как функцию положения по образцу. Они продемонстрировали возможность картировать химический состав в бактериях E. coli . Они также смогли визуализировать везикулы полигидроксибутирата (ПГБ) внутри клеток Rhodobacter capsulatus [35] и контролировать эффективность производства ПГБ клетками.

В Университете Восточной Англии в Великобритании в рамках финансируемого EPSRC проекта под руководством М. Рединга и С. Мича Хилл и его коллеги [12] продолжили более раннюю работу Рединга и др . [4] и Хаммиша и др . [6] и измерили тепловое расширение, используя оптическую конфигурацию, которая освещала образец сверху [5] в отличие от Дацци и др ., которые возбуждали образец затухающей волной снизу. [8] Хилл также использовал оптический параметрический осциллятор в качестве источника инфракрасного излучения, как это сделали Хаммиш и др . [24]. Эта новая комбинация верхнего освещения, [4] источника ОПО [24] и измерения теплового расширения [2] [6] [8] оказалась способной обеспечить наномасштабное пространственное разрешение для инфракрасной визуализации и спектроскопии (на рисунках показана схема аппарата УЭА и полученные с его помощью результаты). Использование Хиллом и его коллегами освещения сверху позволило изучить значительно более широкий спектр образцов, чем это было возможно при использовании техники Дацци. Внедрив использование настольного ИК-источника и освещения сверху вниз, работа Хаммиша, Хилла и их коллег сделала возможным первый коммерчески жизнеспособный инфракрасный прибор на основе СЗМ (см. Коммерциализация).

Широкополосные импульсные лазерные источники

Рединг и др . исследовали использование широкополосного QCL в сочетании с измерениями теплового расширения. [40] Выше обсуждалась неспособность тепловых широкополосных источников достигать высокого пространственного разрешения (см. историю). В этом случае частота модуляции ограничена скоростью зеркала интерферометра, которая, в свою очередь, ограничивает боковое пространственное разрешение, которое может быть достигнуто. При использовании широкополосного QCL разрешение ограничено не скоростью зеркала, а частотой модуляции лазерных импульсов (или других форм волн). [1] Преимущество использования широкополосного источника заключается в том, что можно получить изображение, которое включает в себя весь спектр или часть спектра для каждого пикселя. Это намного мощнее, чем получение изображений на основе одной длины волны. Предварительные результаты Рединг и др . [ 40] показывают, что направление широкополосного QCL через интерферометр может дать легко обнаруживаемый отклик от обычного зонда АСМ, измеряющего тепловое расширение.

Коммерциализация

Лазер на свободных электронах FELIX в Институте физики плазмы FOM Rijnhuizen Nieuwegein , Нидерланды (2010); крупное и необычное оборудование

Метод АСМ-ИК, основанный на импульсном инфракрасном лазерном источнике, был коммерциализирован компанией Anasys Instruments, основанной Редингом, Хаммишем и Поллоком в Соединенном Королевстве в 2004 году; [31] [41] дочерняя корпорация в США была основана годом позже. Anasys Instruments разработала свой продукт при поддержке Национального института стандартов и технологий и Национального научного фонда . Поскольку лазеры на свободных электронах редки и доступны только в некоторых учреждениях, ключом к созданию коммерческого АСМ-ИК была замена их более компактным типом инфракрасного источника. Следуя примеру, данному Хаммишем и др. в 2001 году [24] и Хиллом и др. в 2008 году, [12] Anasys Instruments представила продукт АСМ-ИК в начале 2010 года, используя настольный лазерный источник на основе наносекундного оптического параметрического генератора. [36] Источник OPO позволил проводить наномасштабную инфракрасную спектроскопию в диапазоне настройки примерно 1000–4000 см −1 или 2,5–10 мкм.

Первоначальный продукт требовал установки образцов на призмы, прозрачные для инфракрасного излучения, при этом инфракрасный свет направлялся снизу, как у Дацци и др . [Примечание 3] Для лучшей работы эта схема освещения требовала тонких образцов с оптимальной толщиной менее 1 мкм [24] , подготовленных на поверхности призмы. В 2013 году Anasys выпустила прибор АСМ-ИК, основанный на работе Хилла и др . [12] [28] , который поддерживал верхнее освещение. «Благодаря исключению необходимости подготовки образцов на призмах, прозрачных для инфракрасного излучения, и ослаблению ограничения на толщину образца диапазон образцов, которые можно было изучать, был значительно расширен». Генеральный директор Anasys Instruments признал это достижение, назвав его «захватывающим крупным достижением» в письме, написанном университету и включенном в окончательный отчет по проекту EPSRC EP/C007751/1. [42] Метод UEA стал флагманским продуктом Anasys Instruments.

Сравнение с родственными фототермическими методами

Стоит отметить, что первый инфракрасный спектр, полученный путем измерения теплового расширения с использованием АСМ, был получен Хаммихе и его коллегами [6] без вызывания резонансных движений в зондовом кантилевере. В этом раннем примере частота модуляции была слишком низкой для достижения высокого пространственного разрешения, но в принципе нет ничего, что мешало бы измерению теплового расширения на более высоких частотах без анализа или вызывания резонансного поведения. [1] Возможные варианты измерения смещения наконечника, а не последующего распространения волн вдоль кантилевера, включают: интерферометрию, сфокусированную на конце кантилевера, где расположен наконечник, крутильное движение, возникающее в результате смещения зонда (на него будут влиять только движения кантилевера как эффект второго порядка) и использование того факта, что сигнал от нагретого теплового зонда сильно зависит от положения наконечника относительно поверхности, таким образом, это может обеспечить измерение теплового расширения, которое не было бы сильно затронуто или зависело бы от резонанса. Преимущества нерезонансного метода обнаружения в том, что может использоваться любая частота модуляции света, таким образом, информация о глубине может быть получена контролируемым образом (см. ниже), тогда как методы, которые полагаются на резонанс, ограничены гармониками. Метод, основанный на термическом зонде Хаммиша и др . [1], нашел значительное количество применений. [14] [28]

Уникальное применение, которое стало возможным благодаря нисходящему освещению в сочетании с термическим зондом [4], — это локализованное глубинное профилирование, [28] это невозможно при использовании конфигурации АСМ-ИК Дацци и др . или конфигурации Хилла и др ., несмотря на то, что последняя использует нисходящее освещение. Было показано, что получение линейных сканов [4] [43] и изображений [28] с термическими зондами возможно, может быть достигнуто субдифракционное предельное пространственное разрешение [4] , а разрешение для очерчивания границ может быть улучшено с использованием хемометрических методов. [28] [43]

Во всех этих примерах спектр получается, который охватывает весь средний ИК-диапазон для каждого пикселя, это значительно более мощно, чем измерение поглощения одной длины волны, как в случае с АСМ-ИК при использовании метода Дацци и др . или Хилла и др . Рединг и его группа продемонстрировали, как, поскольку тепловые зонды могут нагреваться, локализованный термический анализ [4] [28] [29] может быть объединен с фототермической инфракрасной спектроскопией с использованием одного зонда. Таким образом, локальная химическая информация может быть дополнена локальными физическими свойствами, такими как температуры плавления и стеклования. [29] Это, в свою очередь, привело к концепции термически ассистируемого наносэмплирования, [5] [28] , где нагретый наконечник выполняет локальный термический анализ, затем зонд убирается, унося с собой фемтограммы [Примечание 4] размягченного материала, который прилипает к наконечнику. [38] Затем этот материал можно манипулировать и/или анализировать с помощью фототермической инфракрасной спектроскопии или других методов. [5] [44] [45] [46] [47] Это значительно увеличивает аналитическую мощность этого типа инфракрасного прибора на основе СЗМ по сравнению с тем, что может быть достигнуто с помощью обычных зондов АСМ, таких как те, которые используются в АСМ-ИК при использовании версии Дацци и др . или Хилла и др .

Методы термического зондирования до сих пор не достигли наномасштабного пространственного разрешения, которого достигли методы термического расширения, хотя это теоретически возможно. Для этого необходим надежный термический зонд и источник высокой интенсивности. Недавно первые изображения с использованием QCL и термического зонда были получены Редингом и др. [40]. Хорошее отношение сигнал/шум позволило быстро получать изображения, но субмикронное пространственное разрешение не было четко продемонстрировано. Теория предсказывает, что улучшения пространственного разрешения могут быть достигнуты путем ограничения анализа данных ранней частью термического отклика на ступенчатое изменение увеличения интенсивности падающего излучения. Таким образом можно было бы избежать загрязнения измерения из соседних областей, т. е. окно измерения можно было бы ограничить подходящей долей времени пролета тепловой волны (использование анализа Фурье отклика могло бы дать аналогичный результат, используя высокочастотные компоненты). Этого можно было бы достичь, синхронизируя зонд с лазером. Аналогично, лазеры, которые обеспечивают очень быструю модуляцию, могли бы дополнительно уменьшить длины тепловой диффузии.

Хотя до сих пор большинство усилий было сосредоточено на измерениях теплового расширения, это может измениться. Недавно стали доступны действительно надежные тепловые зонды [48] , а также доступные компактные QCL, которые настраиваются в широком диапазоне частот. Следовательно, вскоре может случиться так, что методы тепловых зондов станут столь же широко использоваться, как и те, которые основаны на тепловом расширении. В конечном счете, приборы, которые могут легко переключаться между режимами и даже объединять их с помощью одного зонда, безусловно, станут доступными, например, один зонд в конечном итоге сможет измерять как температуру, так и тепловое расширение.

Последние усовершенствования и чувствительность к отдельным молекулам

Первоначальные коммерческие приборы АСМ-ИК требовали, чтобы большинство образцов были толще 50 нм для достижения достаточной чувствительности. Улучшения чувствительности были достигнуты с использованием специализированных зондов кантилевера с внутренним резонатором [49] и с помощью методов обработки сигналов на основе вейвлетов. [50] Чувствительность была дополнительно улучшена Лу и др . [25] с помощью источников квантового каскадного лазера (QCL). Высокая частота повторения QCL позволяет поглощенному инфракрасному свету непрерывно возбуждать наконечник АСМ при « контактном резонансе » [Примечание 5] кантилевера АСМ. Этот резонансно-усиленный АСМ-ИК в сочетании с усилением электрического поля от металлических наконечников и подложек привел к демонстрации спектроскопии АСМ-ИК и композиционной визуализации пленок толщиной до отдельных самоорганизующихся монослоев. [25] АСМ-ИК также был интегрирован с другими источниками, включая пикосекундный ОПГ [24], предлагающий диапазон настройки от 1,55 мкм до 16 мкм (от 6450 см −1 до 625 см −1 ).

В своей первоначальной разработке, с образцами, нанесенными на прозрачные призмы и с использованием лазерных источников OPO, чувствительность АСМ-ИК была ограничена минимальной толщиной образца около 50-100 нм, как упоминалось выше. [8] [16] [33] [51] Появление квантовых каскадных лазеров (QCL) и использование усиления электромагнитного поля между металлическими зондами и подложками улучшили чувствительность и пространственное разрешение АСМ-ИК вплоть до измерения больших (>0,3 мкм) и плоских (~2–10 нм) самоорганизующихся монослоев, где все еще присутствуют сотни молекул. [25] Руджери и др. недавно разработали внерезонансный, маломощный и короткоимпульсный АСМ-ИК (ORS-nanoIR) для подтверждения получения инфракрасных спектров поглощения и химических карт на уровне отдельных молекул в случае макромолекулярных ансамблей [17] [22] [21] и больших белковых молекул с пространственным разрешением около 10 нм. [18]

Химическая визуализация и картирование в наномасштабе

Химические карты и спектры с наномасштабным разрешением

АСМ-ИК позволяет проводить наномасштабную инфракрасную спектроскопию [52] , т.е. получать спектры инфракрасного поглощения из наномасштабных областей образца.

Химическое композиционное картирование AFM-IR также может использоваться для выполнения химической визуализации или композиционного картирования с пространственным разрешением до ~10-20 нм [18] , ограниченным только радиусом кончика AFM. В этом случае настраиваемый инфракрасный источник излучает одну длину волны, соответствующую определенному молекулярному резонансу, т. е. определенной инфракрасной полосе поглощения. Картируя амплитуду колебаний кантилевера AFM как функцию положения, можно составить карту распределения определенных химических компонентов. Карты состава могут быть составлены в различных полосах поглощения, чтобы выявить распределение различных химических видов.

Примеры АСМ-ИК наноспектроскопии
  • Наноспектроскопия AFM-IR частиц тонера лазерного принтера, показывающая пространственно разрешенный химический анализ. Частицы тонера обычно представляют собой сложные композиты из различных связующих веществ и агентов переноса; их можно обнаружить с помощью AFM-IR
    Наноспектроскопия AFM-IR частиц тонера лазерного принтера , показывающая пространственно разрешенный химический анализ. Частицы тонера обычно представляют собой сложные композиты из различных связующих веществ и агентов переноса; их можно обнаружить с помощью AFM-IR
  • Картирование состава бактерий Streptomyces с помощью АСМ-ИК. Слева: топографическое изображение бактериальных клеток с помощью АСМ. В середине: поглощение АСМ-ИК при 1650 см−1, соответствующее полосе амида I, связанной с белком. Справа: поглощение АСМ-ИК при карбонильной полосе 1740 см−1, указывающее на распределение триглицеридных везикул внутри бактериальных клеток.
    Картирование состава бактерий Streptomyces с помощью АСМ-ИК . Слева: топографическое изображение бактериальных клеток с помощью АСМ. Посередине: поглощение АСМ-ИК при 1650 см −1 , соответствующее полосе амида I, связанной с белком. Справа: поглощение АСМ-ИК при карбонильной полосе 1740 см −1 , указывающее на распределение триглицеридных везикул внутри бактериальных клеток.

Дополнительное морфологическое и механическое картирование

Дополнительное картирование упругости посредством одновременных измерений контактного резонанса.

Метод АСМ-ИК может одновременно обеспечивать дополнительные измерения механической жесткости и рассеивания поверхности образца. Когда инфракрасный свет поглощается образцом, результирующее быстрое тепловое расширение возбуждает «контактный резонанс» кантилевера АСМ, т. е. связанный резонанс, возникающий из-за свойств как кантилевера, так и жесткости и демпфирования поверхности образца. В частности, резонансная частота смещается в сторону более высоких частот для более жестких материалов и в сторону более низких частот для более мягких материалов. Кроме того, резонанс становится шире для материалов с большей диссипацией. Эти контактные резонансы были тщательно изучены сообществом АСМ ( см., например, атомно-силовую акустическую микроскопию ). Традиционный контактный резонанс АСМ требует внешнего привода для возбуждения контактных резонансов кантилевера. В АСМ-ИК эти контактные резонансы автоматически возбуждаются каждый раз, когда образец поглощает инфракрасный импульс. Таким образом, метод АСМ-ИК может измерять инфракрасное поглощение по амплитуде колебательного отклика кантилевера и механические свойства образца через контактную резонансную частоту и добротность. [53]

Приложения

Применение АСМ-ИК включает характеристику белков, [16] [17] [18 ] [19 ] [20] [21] [22] [54] полимерных композитов , [15] [36] [38] [39] [55] [56] бактерий, [37] [57] [58] [59] клеток, [60] [61] [62] [63] [64] биоминералов, [65] [66] фармацевтических наук, [17] [35] [67] [68] фотоники/наноантенн, [69] [70] [71] [72] топливных элементов, [73] волокон, [39] [74] кожи, [75] волос, [76] металлоорганических структур , [77] микрокапель, [51] самоорганизующихся монослоев, [25] нанокристаллы, [78] и полупроводники . [79]

Полимеры

Смеси полимеров, композиты, многослойные пленки и волокна. АСМ-ИК используется для идентификации и картирования полимерных компонентов в смесях, [39] определения характеристик интерфейсов в композитах, [80] и даже обратного проектирования многослойных пленок [15]. Кроме того, АСМ-ИК используется для изучения химического состава в проводящих полимерах поли(3][4-этилендиокситиофена) (PEDOT). [56] и инфильтрации паров в волокна полиэтилентерефталата PET. [74]

Наука о белках

Химические и структурные свойства белка определяют их взаимодействия и, таким образом, их функции в широком спектре биохимических процессов. С тех пор как Руджери и др. провели пионерскую работу [16] по путям агрегации домена Джозефина атаксина-3, ответственного за спиноцеребеллярную атаксию типа 3, наследственное заболевание, связанное с неправильным сворачиванием белка, АСМ-ИК использовался для характеристики молекулярных конформаций в широком спектре приложений в науках о белках и жизни. [81] Этот подход предоставил новые механистические знания о поведении белков и пептидов, связанных с заболеваниями, таких как Aβ42, [17] хантингтин [21] и FUS, [53], которые участвуют в возникновении болезни Альцгеймера, болезни Хантингтона и бокового амиотрофического склероза (БАС). Аналогичным образом АСМ-ИК применялся для изучения функциональных биоматериалов на основе белка. [54]

Науки о жизни

AFM-IR использовался для спектроскопической характеристики в деталях хромосом, [82] бактерий [59] и клеток [60] с наномасштабным разрешением. Например, в случае заражения бактерий вирусами [59] ( бактериофагами ), а также для производства полигидроксибутиратных (PHB) везикул внутри клеток Rhodobacter capsulatus [58] и триглицеридов [46] в бактериях Streptomyces (для применения в биотопливе ). AFM-IR также использовался для оценки и картирования минерального содержания, кристалличности, зрелости коллагена и содержания кислого фосфата с помощью ратиометрического анализа различных полос поглощения в костях. [66] AFM-IR также использовался для проведения спектроскопии и химического картирования структурных липидов в коже человека, [75] клетках [60] и волосах [76].

Топливные элементы

АСМ-ИК использовался для изучения гидратированных мембран Нафиона, используемых в качестве сепараторов в топливных элементах . Измерения выявили распределение свободной и ионно-связанной воды на поверхности Нафиона. [73]

Фотонные наноантенны

AFM-IR использовался для изучения поверхностного плазмонного резонанса в сильно легированных кремнием микрочастицах арсенида индия . [79] Золотые разрезные кольцевые резонаторы были изучены для использования с поверхностно-усиленной инфракрасной абсорбционной спектроскопией. В этом случае AFM-IR использовался для измерения локального усиления поля плазмонных структур (~30X) при пространственном разрешении 100 нм. [69] [80]

Фармацевтические науки

АСМ-ИК использовалась для изучения смешиваемости и разделения фаз в смесях полимеров с лекарственными средствами [67] [68], химического анализа нанокристаллических частиц лекарственных средств размером до 90 нм в поперечнике [35], взаимодействия хромосом с химиотерапевтическими препаратами [82] и амилоидов с фармакологическими подходами для контрастирования нейродегенерации. [17]

Примечания

  1. ^ Грэм Поултер, директор по исследованиям компании Specac Instruments, «Энергия, доступная в оптическом приборе, напрямую связана с произведением площади A любой точки оптической системы, умноженной на телесный угол Ω, заполняемый лучом в этой точке. Это произведение, AΩ, известно как étendue ( также называемое «пропускной способностью» или «светимостью») и остается постоянным во всех точках системы. При фокусировке луча, скажем, с пятна диаметром 5 мм в типичном FTIR до пятна диаметром 0,5 мм, площадь A уменьшается в 100 раз, и, следовательно, телесный угол Ω должен быть увеличен в том же размере. При освещении чего-либо на плоской поверхности с одной стороны существует физическое ограничение, которое означает, что Ω не может превышать π стерадиан (оно освещается из полной полусферы). В зависимости от телесного угла в исходном луче прибора это немедленно накладывает рабочий предел на минимальный размер пятна, который может быть получен с пользой при фокусировке луч вниз». Поултер разработал оптику в интерфейсе, описанном Редингом и др . [4]
  2. ^ Центр лазерной инфракрасной терапии Орсе , Центр инфракрасной лазерной терапии Орсе
  3. ^ Схема аналогична схемам нарушенного полного внутреннего отражения (НПВО), используемым в обычной инфракрасной спектроскопии.
  4. ^ Один фемтограмм равен 10 −15 граммам.
  5. ^ Контактный резонанс — это частота колебательного резонанса кантилевера АСМ, которая возникает, когда кончик АСМ контактирует с поверхностью образца. Когда QCL импульсно синхронизирован с контактным резонансом, обнаружение теплового расширения образца по инфракрасному поглощению усиливается добротностью Q контактного резонанса.

Ссылки

  1. ^ abcdefghijklm Hammiche, A.; Pollock, HM; Reading, M.; Claybourn, M.; Turner, PH; Jewkes, K. (1999). "Фототермическая FT-IR-спектроскопия: шаг к FT-IR-микроскопии с разрешением лучше, чем дифракционный предел". Applied Spectroscopy . 53 (7): 810–815. Bibcode :1999ApSpe..53..810H. doi :10.1366/0003702991947379. S2CID  93359289.
  2. ^ abcdefghij Андерсон, М. С. (2000). «Инфракрасная спектроскопия с атомно-силовым микроскопом». Прикладная спектроскопия . 54 (3): 349–352. Bibcode : 2000ApSpe..54..349.. doi : 10.1366/0003702001948538. S2CID  103205691.
  3. ^ abcdefgh Hammiche, A.; Bozec, L.; Conroy, M.; Pollock, HM; Mills, G.; Weaver, JMR; Price, DM; Reading, M.; Hourston, DJ; Song, M. (2000). «Высоколокализованная термическая, механическая и спектроскопическая характеристика полимеров с использованием миниатюрных тепловых зондов». Журнал вакуумной науки и технологии B: Микроэлектроника и нанометровые структуры . 18 (3): 1322–1332. Bibcode : 2000JVSTB..18.1322H. doi : 10.1116/1.591381. S2CID  55856483.
  4. ^ abcdefghijklmno Reading, M.; Price, DM; Grandy, DB; Smith, RM; Bozec, L.; Conroy, M.; Hammiche, A.; Pollock, HM (2001). «Микротермический анализ полимеров: текущие возможности и будущие перспективы». Macromol. Symp . 167 : 45–62. doi :10.1002/1521-3900(200103)167:1<45::aid-masy45>3.0.co;2-n.
  5. ^ abcdefg Reading, M.; Grandy, D.; Hammiche, A.; Bozec, L.; Pollock, HM (2002). «Термически ассистируемый наносэмплинг и анализ с использованием микро-ИК-спектроскопии и других аналитических методов». Вибрационная спектроскопия . 29 (1): 257–260. doi :10.1016/s0924-2031(01)00185-0.
  6. ^ abcdefghijklmn Hammiche, A.; Bozec, L.; Pollock, HM; German, M.; Reading, M. (2004). «Прогресс в ближнепольной фототермической инфракрасной микроспектроскопии». Журнал микроскопии . 213 (2): 129–134. doi :10.1111/j.1365-2818.2004.01292.x. PMID  14731294. S2CID  38880191.
  7. ^ abcdefgh Reading, M.; Grandy, D.; Pollock, HM; Hammiche, A. (2004). Микротермический анализ с использованием нового термического зонда высокого разрешения. Совещание SPM в Соединенном Королевстве. Ноттингем.
  8. ^ abcdefghi Dazzi, A.; Prazeres, R.; Glotin, F.; Ortega, JM (2005). «Локальная инфракрасная микроспектроскопия с субволновым пространственным разрешением с использованием наконечника атомно-силового микроскопа в качестве фототермического датчика». Optics Letters . 30 (18): 2388–2390. Bibcode :2005OptL...30.2388D. doi :10.1364/OL.30.002388. PMID  16196328.
  9. ^ abcde Dazzi, A.; Glotin, F.; Ortega, JM (сентябрь 2006 г.). «Субволновая инфракрасная спектромикроскопия с использованием АСМ в качестве датчика локального поглощения». Инфракрасная физика и технологии . 49 (1–2): 113–121. Bibcode :2006InPhT..49..113D. doi :10.1016/j.infrared.2006.01.009.
  10. ^ abcdef Dazzi, A.; Prazeres, R.; Glotin, F.; Ortega, JM (2007). «Анализ нанохимического картирования, выполненного с помощью акустооптической техники на основе АСМ («AFMIR»). Ультрамикроскопия . 107 (12): 1194–1200. doi : 10.1016/j.ultramic.2007.01.018 . PMID  17382474.
  11. ^ abcd Dazzi, A. (2008). "Суб-100-нанометровая инфракрасная спектроскопия и визуализация на основе ближнепольной фототермической техники (PTIR)". В Kneipp, J.; Lasch, P. (ред.). Биомедицинская вибрационная спектроскопия . стр. 291–312. doi :10.1002/9780470283172.ch13. ISBN 9780470283172.
  12. ^ abcdefghij Hill, GA; Rice, JH; Meech, SR; Craig, D.; Kuo, P.; Vodopyanov, K.; Reading, M. (2009). "Субмикрометровая инфракрасная визуализация поверхности с использованием сканирующего зондового микроскопа и оптического параметрического осциллятора". Optics Letters . 34 (4): 433. Bibcode : 2009OptL...34..431H. doi : 10.1364/OL.34.000431. PMID  19373331.(опубликовано в сети, февраль 2008 г.)
  13. ^ ab Водопьянов, К.; Хилл, GA; Райс, JH; Мич, SR; Крейг, DQM; Рединг, MM; Дацци, A.; Кьоллер, K.; Пратер, C. (осень 2009 г.). Наноспектроскопия в диапазоне длин волн 2,5–10 микрон с использованием атомно-силового микроскопа . Frontiers in Optics Laser Science XXV.
  14. ^ abcd Hammiche, A.; Bozec, L.; German, MJ; Chalmers, JM; Everall, NJ; Poulter, G.; Reading, M.; Grandy, DB; Martin, FL; Pollock, HM (2004). "Микроспектроскопия в средней инфракрасной области спектра сложных образцов с использованием фототермической микроспектроскопии ближнего поля (PTMS)". Спектроскопия . 19 (2): 20–42.с исправлением, 19(5), 14 мая 2004 г.
  15. ^ abcde Эби, Т.; Гундушарма, У.; Ло, М.; Сахагян, К.; Маркотт, К.; Кьоллер, К. (13 июня 2012 г.). «Обратное проектирование полимерных многослойных структур с использованием наномасштабной ИК-спектроскопии и термического анализа на основе АСМ». Spectroscopy Europe . 24 (3): 18–21.
  16. ^ abcde Ruggeri, FS; Longo, G.; Faggiano, S.; Lipiec, E.; Pastore, A.; Dietler, G. (2015-07-28). "Характеристика олигомерных и фибриллярных агрегатов во время образования амилоида с помощью инфракрасной наноспектроскопии". Nature Communications . 6 (1): 7831. Bibcode :2015NatCo...6.7831R. doi :10.1038/ncomms8831. ISSN  2041-1723. PMC 4525161 . PMID  26215704. 
  17. ^ abcdefghi Ruggeri, Francesco Simone; Habchi, Johnny; Chia, Sean; Horne, Robert I.; Vendruscolo, Michele; Knowles, Tuomas PJ (29.01.2021). «Инфракрасная наноспектроскопия выявляет отпечаток молекулярного взаимодействия ингибитора агрегации с отдельными олигомерами Aβ42». Nature Communications . 12 (1): 688. Bibcode :2021NatCo..12..688R. doi :10.1038/s41467-020-20782-0. ISSN  2041-1723. PMC 7846799 . PMID  33514697. 
  18. ^ abcdefg Руджери, Франческо Симоне; Маннини, Бенедетта; Шмид, Роман; Вендрусколо, Микеле; Ноулз, Туомас П. Дж. (2020-06-10). «Определение вторичной структуры одиночной молекулы белков с помощью инфракрасной абсорбционной наноспектроскопии». Nature Communications . 11 (1): 2945. Bibcode :2020NatCo..11.2945R. doi :10.1038/s41467-020-16728-1. ISSN  2041-1723. PMC 7287102 . PMID  32522983. 
  19. ^ ab Мюллер, Томас; Симоне Руджери, Франческо; Кулик, Анджей; Шиманович, Ульяна; Мейсон, Томас; Ноулз, Туомас; Дитлер, Джованни (2014). «Наномасштабные пространственно разрешенные инфракрасные спектры от отдельных микрокапель». Lab on a Chip . 14 (7): 1315–1319. arXiv : 1401.8204 . doi : 10.1039/C3LC51219C. PMID  24519414. S2CID  16702240.
  20. ^ ab Ruggeri, Francesco Simone; Habchi, Johnny; Cerreta, Andrea; Dietler, Giovanni (2016). «Технологии АСМ с одиночными молекулами: раскрытие патогенных видов амилоида». Current Pharmaceutical Design . 22 (26): 3950–3970. doi :10.2174/1381612822666160518141911. ISSN  1381-6128. PMC 5080865. PMID 27189600  . 
  21. ^ abcd Ruggeri, FS; Vieweg, S.; Cendrowska, U.; Longo, G.; Chiki, A.; Lashuel, HA; Dietler, G. (2016-08-08). "Исследования в наномасштабе связывают зрелость амилоида с началом полиглутаминовых заболеваний". Scientific Reports . 6 (1): 31155. Bibcode :2016NatSR...631155R. doi :10.1038/srep31155. ISSN  2045-2322. PMC 4976327 . PMID  27499269. 
  22. ^ abc Adamcik, Jozef; Ruggeri, Francesco Simone; Berryman, Joshua T.; Zhang, Afang; Knowles, Tuomas PJ; Mezzenga, Raffaele (2021). «Эволюция конформации, наномеханика и инфракрасная наноспектроскопия одиночных амилоидных фибрилл, превращающихся в микрокристаллы». Advanced Science . 8 (2): 2002182. doi :10.1002/advs.202002182. ISSN  2198-3844. PMC 7816722 . PMID  33511004. 
  23. ^ Ramer, Georg; Ruggeri, Francesco Simone; Levin, Aviad; Knowles, Tuomas PJ; Centrone, Andrea (2018-07-24). «Определение конформации полипептида с наномасштабным разрешением в воде». ACS Nano . 12 (7): 6612–6619. doi :10.1021/acsnano.8b01425. ISSN  1936-0851. PMID  29932670. S2CID  49380687.
  24. ^ abcdefghi Bozec, L.; Hammiche, A.; Pollock, HM; Conroy, M.; Everall, NJ; Turi, L. (2001). "Локализованная фтотермическая инфракрасная спектроскопия с использованием проксимального зонда". Журнал прикладной физики . 90 (10): 5159. Bibcode : 2001JAP....90.5159B. doi : 10.1063/1.1403671.
  25. ^ abcdef Lu, F.; Jin, M.; Belkin, MA (2014). «Инфракрасная наноспектроскопия с усилением наконечника с помощью обнаружения силы молекулярного расширения». Nature Photonics . 8 (4): 307–312. Bibcode :2014NaPho...8..307L. doi :10.1038/nphoton.2013.373. S2CID  14353001.
  26. ^ HM Pollock & DA Smith (2002). «Использование зондов ближнего поля для вибрационной спектроскопии и фототермической визуализации». В JM Chalmers & PR Griffiths (ред.). Справочник по вибрационной спектроскопии, т. 2. стр. 1472–92.
  27. ^ FL Martin & HM Pollock (2010). «Микроспектроскопия как инструмент для распознавания наномолекулярных клеточных изменений в биомедицинских исследованиях». В JAV Narlikar & YY Fu (ред.). Oxford Handbook of Nanoscience and Technology, т. 2. стр. 285–336.
  28. ^ abcdefghij Dai, X.; Moffat, JG; Wood, J.; Reading, M. (апрель 2012 г.). «Термическая сканирующая зондовая микроскопия в разработке фармацевтических препаратов». Advanced Drug Delivery Reviews . 64 (5): 449–460. doi :10.1016/j.addr.2011.07.008. PMID  21856345.
  29. ^ abc Горбунов, В.В.; Гранди, Д.; Рединг, М.; Цукрук, В.В. (2009). "7, Микро- и наномасштабный локальный термический анализ". Термический анализ полимеров, основы и приложения . John Wiley and Sons.
  30. ^ J Ye; M Reading; N Gotzen & G van Assche (2007). «Сканирующая термозондовая микроскопия: нанотермический анализ с рамановской микроскопией». Микроскопия и анализ . 21 (2): S5–S8.
  31. ^ ab "Исследование случая воздействия (REF3b)". Research Excellence Framework.
  32. ^ HM Pollock (2011). «На пути к химическому картированию с субмикронным разрешением: спектроскопическое разграничение межфазных границ в ближнем поле» (PDF) . Materials Science Forum . 662 : 1–11. doi :10.4028/www.scientific.net/msf.662.1. S2CID  43540112.
  33. ^ ab Lahiri, B.; Holland, G.; Centrone, A. (4 октября 2012 г.). «Химическая визуализация за пределами дифракционного предела: экспериментальная проверка метода PTIR». Small . 9 (3): 439–445. doi :10.1002/smll.201200788. PMID  23034929.
  34. ^ Dazzi, A.; Glotin, F.; Carminati, R. (2010). «Теория инфракрасной наноспектроскопии с помощью фототермического индуцированного резонанса». Журнал прикладной физики . 107 (12): 124519–124519–7. Bibcode : 2010JAP...107l4519D. doi : 10.1063/1.3429214.
  35. ^ abcd Katzenmeyer, Aksyuk V.; Centrone, A. (2013). «Наномасштабная инфракрасная спектроскопия: улучшение спектрального диапазона метода фототермического индуцированного резонанса». Аналитическая химия . 85 (4): 1972–1979. doi :10.1021/ac303620y. PMID  23363013.
  36. ^ abc Felts, JR; Kjoller, K.; Lo, M.; Prater, CB; King, WP (31 августа 2012 г.). «Инфракрасная спектроскопия в нанометровом масштабе гетерогенных полимерных наноструктур, изготовленных с помощью нанотехнологии на основе зонда». ACS Nano . 6 (9): 8015–8021. doi :10.1021/nn302620f. PMID  22928657.
  37. ^ ab Mayet, A.; Deiset-Besseau, A.; Prazeres, R.; Ortega, JM; Dazzi, A. (2013). «Анализ бактериального производства полигидроксибутирата с помощью мультимодальной нановизуализации». Biotechnology Advances . 31 (3): 369–374. doi :10.1016/j.biotechadv.2012.05.003. PMID  22634017.
  38. ^ abc Kjoller, K.; Prater, C.; Shetty, R. (1 ноября 2010 г.). «Определение характеристик полимеров с использованием наномасштабной инфракрасной спектроскопии». Американская лаборатория . 42 (11).
  39. ^ abcd Dazzi; Prater, CB; Hu, Q.; Chase, DB; Rabolt, JF; Marcott, C. (2012). «AFM-IR: объединение атомно-силовой микроскопии и инфракрасной спектроскопии для химической характеристики в наномасштабе». Applied Spectroscopy . 66 (12): 1365–1384. Bibcode :2012ApSpe..66.1365D. doi : 10.1366/12-06804 . PMID  23231899.
  40. ^ abc Reading, M.; Hammiche, A.; Pollock, HM; Rankl, C.; Rice, J.; Capponi, S.; Grandy, D. Две новые методики сканирующей зондовой микроскопии для фототермической ИК-визуализации и спектроскопии. Королевское химическое общество TAC. Кембридж, Великобритания.30 марта-1 апреля 2015 г.
  41. ^ "Anasys Instruments Limited". Проверка компании . Архивировано из оригинала 2015-12-22 . Получено 2015-12-15 .
  42. ^ Заключительный отчет по гранту EPSRC EP/C007751/1 (PDF) (Отчет).
  43. ^ ab "К химическому картированию с субмикронным разрешением: ближнепольная спектроскопическая разметка межфазных границ. Поллок, Х.М.". Materials Science Forum (662): 1–11. Ноябрь 2010 г.
  44. ^ Dai, X.; Moffat, JG; Mayes, AG; Reading, M.; Craig, DQM; Belton, PS; Grandy, DB (2009). «Аналитическая микроскопия на основе термического зонда: термический анализ и фототермическая инфракрасная микроскопия с Фурье-преобразованием вместе с термически активируемым наносэмплингом в сочетании с капиллярным электрофорезом». Аналитическая химия . 81 (16): 6612–9. doi :10.1021/ac9004869. PMID  20337375.
  45. ^ Хардинг, Л.; Ци, С.; Хилл, Г.; Рединг, М.; Крейг, Д.К.М. (май 2008 г.). «Развитие микротермического анализа и фототермической микроспектроскопии как новых подходов к исследованиям совместимости лекарственных средств и вспомогательных веществ». Международный журнал фармацевтики . 354 (1–2): 149–157. doi :10.1016/j.ijpharm.2007.11.009. PMID  18162342.; 354(1-2)149-5.
  46. ^ ab Моффат, Дж. Г.; Мейес, АГ; Белтон, П. С.; Крейг, Д. К. М.; Рединг, М. (2009). «Композиционный анализ хелатирующих металлы материалов с использованием ближнепольной фототермической инфракрасной микроспектроскопии с преобразованием Фурье». Аналитическая химия . 82 (1): 91–7. doi :10.1021/ac800906t. PMID  19957959.
  47. ^ Дай, X.; Белтон, П.; ДеКоган, Д.; Моффат, Дж. Г.; Рединг, М. (2011). «Термически индуцированное движение микрочастиц, наблюдаемое на шероховатой поверхности: новое наблюдение и его значение для высокопроизводительного анализа и синтеза». Thermochimica Acta . 517 (4): 121–125. doi :10.1016/j.tca.2011.01.037.
  48. ^ "VertiSense Thermal Probes (VTR)". Appnano.com.
  49. ^ Kjoller, K.; Felts, JR; Cook, D.; Prater, CB; King, WP (2010). "Высокочувствительная инфракрасная спектроскопия в нанометровом масштабе с использованием контактного микрокантилевера с внутренней резонаторной лопастью". Nanotechnology . 21 (18): 185705. Bibcode :2010Nanot..21r5705K. doi :10.1088/0957-4484/21/18/185705. PMID  20388971. S2CID  27042137.185705
  50. ^ Чо, Х.; Фелтс, Дж. Р.; Ю, М. Ф.; Бергман, Л. А.; Вакакис, А. Ф.; Кинг, ВП (2013). «Улучшенная инфракрасная спектроскопия атомно-силового микроскопа для быстрой химической идентификации в нанометровом масштабе». Нанотехнологии . 24 (44): 444007. Bibcode : 2013Nanot..24R4007C. doi : 10.1088/0957-4484/24/44/444007. PMID  24113150. S2CID  3857086.444007
  51. ^ ab Muller, T.; Ruggeri, FS; Kulik, AJ; Shimanovich, U.; Mason, TO; Knowles, TPJ; Dietler, G. (2014). «Наномасштабные пространственно разрешенные инфракрасные спектры от отдельных микрокапель». Lab on a Chip . 14 (7): 1315–1319. arXiv : 1401.8204 . doi : 10.1039/C3LC51219C. PMID  24519414. S2CID  16702240.
  52. ^ Поллок, Хьюберт М.; Казарян, Сергей Г. (2006). «Микроспектроскопия в среднем инфракрасном диапазоне». Энциклопедия аналитической химии . С. 1–26. doi :10.1002/9780470027318.a5609.pub2. ISBN 9780470027318.
  53. ^ ab Qamar, Seema; Wang, Guozhen; Randle, Suzanne J.; Ruggeri, Francesco Simone; Varela, Juan A.; Lin, Julie Qiaojin; Phillips, Emma C.; Miyashita, Akinori; Williams, Declan; Ströhl, Florian; Meadows, William; Ferry, Rodylyn; Dardov, Victoria J.; Tartaglia, Gian G.; Farrer, Lindsay A.; Kaminski Schierle, Gabriele S.; Kaminski, Clemens F.; Holt, Christine E.; Fraser, Paul E.; Schmitt-Ulms, Gerold; Klenerman, David; Knowles, Tuomas; Vendruscolo, Michele; St George-Hyslop, Peter (19.04.2018). «Фазовое разделение FUS модулируется молекулярным шапероном и метилированием взаимодействий катиона аргинина-π». Cell . 173 (3): 720–734.e15. doi :10.1016/j.cell.2018.03.056. ISSN  0092-8674. PMC 5927716 . PMID  29677515. 
  54. ^ ab Shen, Yi; Ruggeri, Francesco Simone; Vigolo, Daniele; Kamada, Ayaka; Qamar, Seema; Levin, Aviad; Iserman, Christiane; Alberti, Simon; George-Hyslop, Peter St; Knowles, Tuomas PJ (2020). «Биомолекулярные конденсаты подвергаются общему сдвиговому переходу из жидкого состояния в твердое». Nature Nanotechnology . 15 (10): 841–847. Bibcode :2020NatNa..15..841S. doi :10.1038/s41565-020-0731-4. ISSN  1748-3395. PMC 7116851 . PMID  32661370. 
  55. ^ Marcott, C.; Lo, M.; Kjoller, K.; Prater, C.; Noda, I. (2011). «Пространственная дифференциация субмикрометровых доменов в сополимере поли(гидроксиалканоата) с использованием приборов, объединяющих атомно-силовую микроскопию (АСМ) и инфракрасную (ИК) спектроскопию». Прикладная спектроскопия . 65 (10): 1145–1150. Bibcode : 2011ApSpe..65.1145M. doi : 10.1366/11-06341. PMID  21986074. S2CID  207353084.
  56. ^ ab Ghosh, S.; Remita, H.; Ramos, L.; Dazzi, A.; Deiset-Besseau, A.; Beaunier, P.; Goubard, F.; Aubert, PH; Brisset, F.; Remita, S. (2014). "Наноструктуры PEDOT, синтезированные в гексагональных мезофазах". New Journal of Chemistry . 38 (3): 1106–1115. doi :10.1039/c3nj01349a. S2CID  98578268.
  57. ^ Deiset-Besseau, A.; Prater, CB; Virolle, MJ; Dazzi, A. (2014). «Мониторинг накопления триацилглицеринов с помощью инфракрасной спектроскопии на основе атомно-силовой микроскопии в видах Streptomyces для применения в биодизеле». The Journal of Physical Chemistry Letters . 5 (4): 654–658. doi :10.1021/jz402393a. PMID  26270832.
  58. ^ ab Mayet, A.; Dazzi, A.; Prazeres, R.; Ortega, JM; Jaillard, D. (2010). «In situ идентификация и визуализация бактериальных полимерных наногранул с помощью инфракрасной наноспектроскопии». Analyst . 135 (10): 2540–2545. Bibcode :2010Ana...135.2540M. doi :10.1039/c0an00290a. PMID  20820491.
  59. ^ abc Dazzi, A.; Prazeres, R.; Glotin, F.; Ortega, JM; Al-Sawaftah, M.; de Frutos, M. (2008). «Химическое картирование распределения вирусов в инфицированных бактериях с помощью фототермического метода». Ультрамикроскопия . 108 (7): 635–641. doi :10.1016/j.ultramic.2007.10.008. PMID  18037564.
  60. ^ abc Ruggeri, Francesco S.; Marcott, Curtis; Dinarelli, Simone; Longo, Giovanni; Girasole, Marco; Dietler, Giovanni; Knowles, Tuomas PJ (2018). «Идентификация окислительного стресса в эритроцитах с наномасштабным химическим разрешением с помощью инфракрасной наноспектроскопии». International Journal of Molecular Sciences . 19 (9): 2582. doi : 10.3390/ijms19092582 . PMC 6163177 . PMID  30200270. S2CID  52185910. 
  61. ^ Clede, S.; Lambert, F.; Sandt, C.; Kascakova, S.; Unger, M.; Harte, EM; Plamont, A.; Saint-Fort, R.; Deiset-Besseau, A.; Gueroui, Z.; Hirschmugl, C.; Lecomte, S.; Dazzi, A.; Vessieres, A.; Policar, C. (2013). «Обнаружение производного эстрогена в двух линиях клеток рака молочной железы с использованием одноядерного мультимодального зонда для визуализации (SCoMPI), визуализированного с помощью панели люминесцентных и вибрационных методов» (PDF) . Analyst . 138 (19): 5627–5638. Bibcode :2013Ana...138.5627C. doi : 10.1039/c3an00807j . PMID  23897394.
  62. ^ Policar, C.; Waern, JB; Plamont, MA; Clède, S.; Mayet, C.; Prazeres, R.; Ortega, JM; Vessières, A.; Dazzi, A. (2011). «Субклеточная ИК-визуализация металл-карбонильного фрагмента с использованием фототермически индуцированного резонанса». Angewandte Chemie International Edition . 123 (4): 890–894. Bibcode : 2011AngCh.123..890P. doi : 10.1002/ange.201003161.
  63. ^ Dazzi, A.; Policar, C. (2011). Chabal, CMPJ (ред.). «Характеристика биоинтерфейса с помощью усовершенствованной ИК-спектроскопии». Elsevier, Амстердам: 245–278. {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  64. ^ Mayet, C.; Dazzi, A.; Prazeres, R.; Allot, F.; Glotin, F.; Ortega, JM (2008). «ИК-спектромикроскопия живых клеток в диапазоне суб-100 нм». Optics Letters . 33 (14): 1611–1613. Bibcode : 2008OptL...33.1611M. doi : 10.1364/OL.33.001611. PMID  18628814.
  65. ^ Marcott, C.; Lo, M.; Hu, Q.; Kjoller, K.; Boskey, A.; Noda, I. (2014). «Использование двумерного корреляционного анализа для улучшения спектральной информации, доступной из спектров АСМ-ИК с высоким пространственным разрешением». Журнал молекулярной структуры . 1069 : 284–289. Bibcode : 2014JMoSt1069..284M. doi : 10.1016/j.molstruc.2014.01.036. PMC 4093835. PMID  25024505 . 
  66. ^ ab Gourio-Arsiquaud, S; Marcott, C.; Hu, Q.; Boskey, A. (2014). «Изучение изменений в составе костей с наномасштабным разрешением: предварительный отчет». Calcified Tissue International . 95 (5): 413–418. doi :10.1007/s00223-014-9909-9. PMC 4192085 . PMID  25155443. 
  67. ^ ab Van Eerdenbrugh, B.; Lo, M.; Kjoller, K.; Marcott, C.; Taylor, LS (2012). «Наномасштабная среднеинфракрасная визуализация фазового разделения в смеси лекарственного средства и полимера». Журнал фармацевтических наук . 101 (6): 2066–2073. doi : 10.1002/jps.23099 . PMID  22388948.
  68. ^ ab Van Eerdenbrugh, B.; Lo, M.; Kjoller, K.; Marcott, C.; Taylor, LS (2012). «Оценка смешиваемости смесей декстрана или мальтодекстрина с поливинилпирролидоном в нанодиапазоне в среднем инфракрасном диапазоне». Molecular Pharmaceutics . 9 (5): 1459–1469. doi :10.1021/mp300059z. PMID  22483035.
  69. ^ ab Lahiri, B.; Holland, G.; Aksyuk, V.; Centrone, A. (2013). «Наномасштабная визуализация плазмонных горячих точек и темных мод с помощью метода фототермически-индуцированного резонанса». Nano Letters . 13 (7): 3218–3224. Bibcode :2013NanoL..13.3218L. doi :10.1021/nl401284m. PMID  23777547.
  70. ^ Felts, JR; Law, S.; Roberts, CM; Podolskiy, V.; Wasserman, DM; King, WP (2013). "Инфракрасное поглощение плазмонных полупроводниковых микрочастиц в ближнем поле, изученное с помощью инфракрасной спектроскопии атомно-силового микроскопа". Applied Physics Letters . 102 (15): 152110. Bibcode : 2013ApPhL.102o2110F. doi : 10.1063/1.4802211.
  71. ^ Katzenmeyer, AM; Chae, J.; Kasica, R.; Holland, G.; Lahiri, B.; Centrone, A. (2014). «Наномасштабная визуализация и спектроскопия плазмонных мод с использованием техники PTIR». Advanced Optical Materials . 2 (8): 718–722. doi :10.1002/adom.201400005. S2CID  54809198.
  72. ^ Houel, J.; Sauvage, S.; Boucaud, P.; Dazzi, A.; Prazeres, R.; Glotin, F.; Ortega, JM; Miard, A.; Lemaitre, A. (2007). "Микроскопия сверхслабого поглощения одиночной полупроводниковой квантовой точки в среднем инфракрасном диапазоне". Physical Review Letters . 99 (21): 217404. Bibcode : 2007PhRvL..99u7404H. doi : 10.1103/PhysRevLett.99.217404. PMID  18233255.217404
  73. ^ ab Awatani, T.; Midorikawa, H.; Kojima, N.; Ye, J.; Marcott, C. (2013). «Морфология каналов переноса воды и гидрофобных кластеров в Nafion с помощью спектроскопии и визуализации с высоким пространственным разрешением АСМ-ИК». Electrochemistry Communications . 30 : 5–8. doi :10.1016/j.elecom.2013.01.021.
  74. ^ ab Akyildiz, HI; Lo, M.; Dillon, E.; Roberts, AT; Everitt, HO; Jur, JS (2014). «Формирование новых фотолюминесцентных гибридных материалов путем последовательной инфильтрации паров в волокна полиэтилентерефталата». Journal of Materials Research . 29 (23): 2817–2826. Bibcode : 2014JMatR..29.2817A. doi : 10.1557/jmr.2014.333. S2CID  97838045.
  75. ^ ab Marcott, C.; Lo, M.; Kjoller, K.; Domanov, Y.; Balooch, G.; Luengo, GS (2013). «Наномасштабная инфракрасная (ИК) спектроскопия и визуализация структурных липидов в роговом слое кожи человека с использованием атомно-силового микроскопа для прямого обнаружения поглощенного света от настраиваемого источника ИК-лазера». Experimental Dermatology . 22 (6): 419–421. doi : 10.1111/exd.12144 . PMID  23651342. S2CID  11641941.
  76. ^ ab Marcott, C.; Lo, M.; Kjoller, K.; Fiat, F.; Baghdadli, N.; Balooch, G.; Luengo, GS (2014). «Локализация структурных липидов человеческих волос с использованием наномасштабной инфракрасной спектроскопии и визуализации». Applied Spectroscopy . 68 (5): 564–569. Bibcode :2014ApSpe..68..564M. doi :10.1366/13-07328. PMID  25014600. S2CID  22916551.
  77. ^ Katzenmeyer, AM; Canivet, J.; Holland, G.; Farrusseng, D.; Centrone, A. (2014). «Оценка химической гетерогенности на наноуровне в смешанно-лигандных металл-органических каркасах с использованием техники PTIR». Angewandte Chemie International Edition . 53 (11): 2852–2856. doi :10.1002/anie.201309295. PMID  24615798.
  78. ^ Rosen, EL; Buonsanti, R .; Llordes, A.; Sawvel, AM; Milliron, DJ; Helms, BA (2012). «Исключительно мягкое реактивное удаление собственных лигандов с поверхностей нанокристаллов с использованием соли Меервейна». Angewandte Chemie International Edition . 51 (3): 684–689. doi :10.1002/anie.201105996. PMID  22147424.
  79. ^ ab Houel, J.; Homeyer, E.; Sauvage, S.; Boucaud, P.; Dazzi, A.; Prazeres, R.; Ortega, JM (2009). «Поглощение в средней инфракрасной области, измеренное при разрешении λ/400 с помощью атомно-силового микроскопа». Opt Express . 17 (13): 10887–10894. Bibcode : 2009OExpr..1710887H. doi : 10.1364/OE.17.010887 . PMID  19550489.
  80. ^ ab "Наномасштабная инфракрасная спектроскопия полимерных композитов", americanlaboratory.com
  81. ^ Куруский, Дмитрий; Дацци, Александр; Зеноби, Ренато; Центроне, Андреа (2020-06-08). «Инфракрасная и рамановская химическая визуализация и спектроскопия в наномасштабе». Chemical Society Reviews . 49 (11): 3315–3347. doi :10.1039/C8CS00916C. ISSN  1460-4744. PMC 7675782. PMID 32424384  . 
  82. ^ аб Липец, Эвелина; Руджери, Франческо С.; Бенадиба, Карин; Борковская, Анна М.; Коберски, Ян Д.; Мищик, Юстина; Вуд, Бэйден Р.; Дикон, Глен Б.; Кулик, Анджей; Дитлер, Джованни; Квятек, Войцех М. (10 октября 2019 г.). «Инфракрасное наноспектроскопическое картирование одной метафазной хромосомы». Исследования нуклеиновых кислот . 47 (18): е108. дои : 10.1093/nar/gkz630. ISSN  1362-4962. ПМК 6765102 . ПМИД  31562528. 

Внешние ссылки