Жидкостно-силовая микроскопия ( FluidFM ) — это разновидность сканирующей зондовой микроскопии , которая обычно используется на стандартном инвертированном световом микроскопе .
Уникальной особенностью FluidFM является то, что он вводит микроскопические каналы в зонды АСМ . Эти каналы могут иметь апертуру менее 300 нм, или в 500 раз тоньше человеческого волоса . Эти нанометрические характеристики позволяют обрабатывать объемы жидкостей в масштабе фемтолитров (фл), а также осуществлять силовые манипуляции субмикронными объектами. С помощью нанофлюидных каналов вещества могут, например, вводиться в отдельные клетки или клетки могут быть изолированы от конфлюэнтного слоя.
Специальные микропипетки и нанопипетки используются в качестве зондов FluidFM с отверстиями от 300 нм до 8 мкм. Больший диаметр полезен для экспериментов по адгезии отдельных клеток, тогда как меньший диаметр обеспечивает хорошие возможности для нанолитографии и обработки субмикронных объектов. По сравнению с традиционными стеклянными микропипетками зонды FluidFM гораздо более щадящие для мягких образцов, таких как клетки. Их можно контролировать с точностью pN и нм, и они обрабатывают объемы более точно и последовательно благодаря процессу изготовления на основе пластин. FluidFM имеет уникальные преимущества для приложений с отдельными клетками и за их пределами.
Для управления объемами в диапазоне фл FluidFM использует управление давлением. Используется либо избыточное давление, либо вакуум, в зависимости от применения. Типичные рабочие давления находятся в диапазоне нескольких гПа .
Технология FluidFM обычно используется поверх инвертированного микроскопа. В дополнение к стандартным экспериментам АСМ , FluidFM обеспечивает возможность выполнения бесчисленного множества других приложений, таких как инъекция отдельных клеток и адгезия, а также нанолитография и точечный анализ.
Инъекция отдельных клеток является важным инструментом для естественных наук, биологии и медицины. Для проведения экспериментов по инъекции отдельных клеток зонд прокалывает клетку, и вещество может быть введено. С FluidFM вероятность успеха составляет почти 100%, в отличие от других методов, поскольку зонды маленькие, острые и чувствительные к силе. [1] [2]
Отдельная клетка может быть изолирована либо из адгезивной, даже конфлюэнтной клеточной культуры , либо из клеточной суспензии. Затем изолированная клетка может быть проанализирована с помощью известных методов для отдельных клеток или использована для выращивания новой колонии. FluidFM использовался для изоляции клеток млекопитающих , дрожжей и бактерий . [3] [4] [5]
Измеряя адгезию отдельных клеток, можно получить важную информацию для различных тем в биологии и материаловедении. С FluidFM можно увеличить скорость проведения этих экспериментов и даже оценить адгезию распластанных клеток. Интересующая клетка обратимо прикрепляется к зонду путем приложения пониженного давления. Поднимая зонд, можно измерить силу адгезии с разрешением в пиконах. [6] [7] [8]
Метод проведения эксперимента по адгезии отдельных бактерий такой же, как и для отдельных клеток. Он дает информацию о том, как бактериальные клетки взаимодействуют со своей поверхностью и друг с другом. [9]
Коллоидные эксперименты дают возможность измерять силы взаимодействия между коллоидными частицами и поверхностями, а также локальную эластичность сложных субстратов. Скорость, с которой могут быть выполнены эти эксперименты, довольно низкая, поскольку обычно коллоиды должны быть предварительно приклеены к зонду АСМ. Напротив, коллоидные зонды могут быть обратимо прикреплены к зонду FluidFM с помощью пониженного давления. Таким образом, один зонд может быть использован для многих экспериментов и многих коллоидов. [8] [10]
Нанолитография — это процесс травления, записи или печати структур в диапазоне нанометров. Небольшие количества жидкостей могут быть дозированы через кончик зонда. С FluidFM дозированные объемы составляют от субфл до многих пиколитров. FluidFM работает как в воздухе, так и в жидкости. [11] [12]
Spotting — это процесс печати пятен и массивов высокой плотности в диапазоне от нанометра до одного микрометра. Можно печатать практически любую жидкость. Напечатанные частицы могут быть, например, олигонуклеотидами, белками, ДНК, вирионами или бактериальными клонами. Пятна создаются, когда нанопипетка соприкасается с поверхностью, и вещество высвобождается из зонда с помощью короткого импульса давления. [12] [13]