Способ исследования нано- и микрообъектов методом зондовой микроскопии


 


Владельцы патента RU 2552296:

Общество с ограниченной ответственностью "Медицинские нанотехнологии" (RU)

Изобретение относится к области зондовой микроскопии. Сущность способа исследования нано- и микрообъектов методом зондовой микроскопии состоит в том, что объект помещают на пористую подложку, фиксируют на поверхности подложки и сканируют зафиксированный объект методом зондовой микроскопии. Используют подложку со сквозными порами, размер которых менее размера исследуемого объекта, а фиксацию объекта осуществляют ламинарным потоком жидкости или газа, подаваемым на подложку со стороны, подлежащей сканированию, причем величина прижимной силы, действующей со стороны потока на объект, находится в диапазоне 10-12-10-3 ньютон. Использование заявленного способа позволяет исследовать структуры и механические свойства объектов органической и неорганической природы, повышать его информативность для исследования нано- и микрообъектов методом зондовой микроскопии. 7 пр.

 

Изобретение относится к области зондовой микроскопии и может быть использовано для исследования структуры и механических свойств объектов органической и неорганической природы.

Известен способ исследования нано- и микрообъектов методом зондовой микроскопии путем помещения объекта на подложку, его фиксации на поверхности подложки с помощью электростатических сил и сканирования зафиксированного объекта методом зондовой микроскопии (Rikke Louise Meyer, Xingfei Zhou, Lone Tang, Ayyoob Arpanaei, Peter Kingshott, Flemming Besenbacher. Immobilisation of living bacteria for AFM imaging underphysiological conditions // Ultramicroscopy (2010), p.1-8).

Известен способ исследования нано- и микрообъектов методом зондовой микроскопии путем помещения объекта на подложку, его химической фиксации на поверхности подложки и сканирования зафиксированного объекта методом зондовой микроскопии (Rikke Louise Meyer, Xingfei Zhou, Lone Tang, Ayyoob Arpanaei, Peter Kingshott, Flemming Besenbacher. Immobilisation of living bacteria for AFM imaging underphysiological conditions // Ultramicroscopy (2010), p.1-8).

Наиболее близким к заявляемому является известный способ исследования нано- и микрообъектов методом зондовой микроскопии путем помещения объекта на пористую подложку, его фиксации на поверхности подложки и сканирования зафиксированного объекта методом зондовой микроскопии (L.Kailas, Е.С.Ratcliffe, E.J.Hayhurst, M.G.Walker, S.J.Foster, J.K.Hobbs, Immobilizing live bacteria for AFM imaging of cellular processes // Ultramicroscopy 109 (2009), p.775-780) - прототип. В данном способе исследуемый объект (бактерию) помещают в среде воды на поверхность пористой подложки из диоксида кремния, не содержащей сквозных пор, дают возможность воде испарится, в результате чего исследуемый объект фиксируется на поверхности подложки, после чего подложку помещают в измерительную ячейку с жидкостью и проводят сканирование зафиксированного объекта методом зондовой микроскопии.

Недостатком известного способа является его трудоемкость, заключающаяся в многостадийной подготовке подложки с образцом перед его сканированием зондовым микроскопом и недостаточная информативность способа, не позволяющая изучать изменение свойств объекта в зависимости от варьируемых параметров среды, в которой проводят измерения.

Техническая задача изобретения заключается в снижении трудоемкости способа, повышении его информативности и расширении арсенала технических средств, которые могут быть использованы для исследования нано- и микрообъектов методом зондовой микроскопии.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе исследования нано- и микрообъектов методом зондовой микроскопии путем помещения объекта на пористую подложку, его фиксации на поверхности подложки и сканирования зафиксированного объекта методом зондовой микроскопии, используют подложку со сквозными порами, размер которых менее размера исследуемого объекта, а фиксацию объекта осуществляют ламинарным потоком жидкости или газа, подаваемым на подложку со стороны, подлежащей сканированию, причем величина прижимной силы, действующей со стороны потока на объект, находится в диапазоне 10-12-10-3 ньютон (Н).

Предлагаемый способ является новым и не описан в научно-технической литературе.

Данный способ может быть использован для исследования методом зондовой микроскопии нано- и микрообъектов органической и неорганической природы. При этом размеры исследуемых объектов могут составлять от 1 нанометра (нм) до 100 микрометров (мкм). В качестве таких объектов могут быть использованы, например, вирусы, бактерии, нано- и микрочастицы неорганических материалов и т.д.

Предлагаемое техническое решение может быть использовано для исследования объектов различными методами зондовой микроскопии, например, такими как атомно-силовая микроскопия, ближнепольная микроскопия, сканирующая туннельная микроскопия и т.д.

В данном техническом решении могут быть использованы различные органические и/или неорганические жидкости, например, такие как спирт, хлороформ, ацетон, вода, водно-солевые растворы, физиологические жидкости и т.д., а также различные газы, например, такие как воздух, углекислый газ, азот, кислород и т.д. Можно использовать как индивидуальные жидкости или газы, так и смеси жидкостей или газов.

В предлагаемом способе могут быть использованы пористые подложки, изготовленные из различных органических или неорганических материалов, например, таких как полимеры, диоксид кремния, кремний, оксид алюминия и т.д. Следует отметить, что используемые подложки обязательно должны иметь сквозные поры, размер которых должен быть менее размера исследуемого объекта, причем форма пор может быть практически любой. Поры могут быть как одинаковыми по размеру, так и разными. Такие подложки описаны в научно-технической литературе. [Shashishekar P. Adiga, Chunmin Jin, Larry A. Curtiss, Nancy A. Monteiro-Riviere and Roger J. Narayan. Nanoporous membranes for medical and biological applications \\ WIREs Nanomedicine and Nanobiotechnology, V. №1, 2009, p.568-581]. Если в предложенном техническом решении использовать пористые подложки не со сквозными порами или со сквозными порами, размер которых будет совпадать либо превышать размер исследуемых объектов, то предлагаемое изобретение становится неработоспособным.

Следует отметить, что фиксацию исследуемого объекта на поверхности пористой подложки обязательно надо осуществлять перед проведением микроскопических исследований, если объект не закреплять, то изучать объект методами зондовой микроскопии не удается.

В предлагаемом техническом решении фиксацию исследуемого объекта на поверхности пористой подложки осуществляют ламинарным потоком среды, подаваемым на подложку со стороны, подлежащей сканированию. Следует отметить, что поток среды обязательно должен быть ламинарным. При использовании турбулентного потока среды предлагаемое техническое решение будет неработоспособным. Если ламинарный поток среды будет подаваться на подложку со стороны, противоположной сканированию, то техническое решение также будет неработоспособным.

Экспериментально было установлено, что в предложенном изобретении величина прижимной силы, действующей со стороны потока на объект, должна находиться в диапазоне 10-12-10-3 Н. Если поток будет оказывать прижимную силу, превышающую 10-3 Н, то он будет вызывать критичный изгиб кантилевера зондового микроскопа, который не позволит проводить сканирование исследуемого объекта иглой кантилевера. Величина прижимной силы может быть определена известным способом [J. Zlatanova, S.M. Lindsay, S.H. Leuba. «Single Molecule Force Spectroscopy in Biology Using the Atomic Force Microscope», Prog. Biophys. Mol. Biol, 74, 37, (2000)] путем химического прикрепления силатранных групп линкера [молекулярный фрагмент, ковалентно связанный с твердой подложкой, который содержит реакционноспособные функциональные группы] к игле кремниевого кантилевера зондового микроскопа. При этом другие функциональные группы линкера способны ковалентно связываться с поверхностью исследуемого объекта. В качестве линкера могут быть использованы такие химические соединения, например, как 1-ω-меркаптополиметиленсилатран, 1-ω-аминополиметиленсилатран и т.д. После этого проводят сканирование исследуемого объекта с помощью модифицированного кантилевера и осуществляют снятие силовых кривых для 10 одинаковых исследуемых объектов, по которым определяют среднюю силу отрыва объекта от поверхности в присутствии и в отсутствии потока жидкости или газа. Разность определенных сил отрыва равна прижимной силе потока.

В предлагаемом изобретении фиксировать исследуемые объекты на поверхности пористой подложки можно двумя способами, первый из которых заключается в помещении объекта в чистом виде или в виде суспензии на пористую подложку с последующей подачей ламинарного потока жидкости или газа. Второй способ заключается во внесении исследуемого объекта непосредственно в ламинарный поток жидкости или газа.

В предлагаемом техническом решении можно варьировать скорость потока жидкости или газа, а также другие параметры жидкости или газа, например, такие как концентрация растворенных веществ, температура и т.д., по ходу эксперимента. В последнем случае можно изучать изменение свойства объекта в зависимости от изменения параметров потока, что повышает информативность способа.

После окончания экспериментов используемые мембраны могут быть освобождены от исследуемых объектов путем подачи противотока жидкости или газа и повторно использованы в других опытах.

Преимущества предложенного технического решения иллюстрируют следующие примеры.

Пример 1

Опыт проводят с использованием жидкостной ячейки атомно-силового микроскопа, содержащей мембрану из оксида кремния, имеющую площадь 1×1 см2. Используемая мембрана имеет толщину 1 мкм и содержит сквозные поры цилиндрической формы диаметром 150 нм со средним расстоянием между порами 200 нм. С помощью шприцевой помпы создают ламинарный поток буфера марки Трис-HCl (pH 7,5, 0,01 М) через пористую мембрану. Затем в ламинарный поток добавляют исследуемый вирус табачной мозаики, имеющей размер 300 нм, взятый в концентрации 1 микрограмм/мл в буфере Трис-HCl. В результате прохождения ламинарного потока буфера, содержащего вирусы табачной мозаики, через пористую мембрану, на ее поверхности фиксируют в одном положении вирусы за счет прижимной силы ламинарного потока буфера, равной 10-3 Н. После чего производят сканирование вирусов табачной мозаики, зафиксированных на поверхности мембраны, с помощью атомно-силового микроскопа марки Nanoscope и изучают морфологию поверхности вируса с пространственным разрешением 4 нм.

Пример 2

Опыт проводят с использованием жидкостной ячейки ближнепольного микроскопа марки Certus NSOM, содержащей пористую мембрану из оксида алюминия, имеющую площадь 2×2 см2. Используемая мембрана имеет толщину 1 мкм и содержит сквозные поры квадратной формы (сторона квадрата 500 нм) со средним расстоянием между порами 600 нм. На мембрану наносят суспензию бактерий Acinetobacter baumannii в бидистиллированной воде с концентрацией 2 микрограмм/мл. С помощью шприцевой помпы создают циркулирующий ламинарный поток бидистиллированной воды через мембрану со стороны, подлежащей сканированию. В результате прохождения ламинарного потока воды через пористую мембрану на ее поверхности фиксируют в одном положении бактерии за счет прижимной силы потока, равной 10-6 Н. После этого производят сканирование бактерий, зафиксированных на поверхности мембраны. Для изучения влияния антибиотика колистина на структуру поверхности бактерий в ламинарный поток, циркулирующий через мембрану, вводят данный антибиотик, при этом концентрацию антибиотика варьируют от 0,5 до 32 микрограмм/мл. В результате эксперимента была изучена морфология поверхности бактерии с пространственным разрешением 2 нм в зависимости от концентрации антибиотика колистина, что говорит о высокой информативности способа.

Пример 3

Опыт проводят аналогично примеру 1, однако в качестве подложки используют поликарбонатную мембрану со средним диаметром сквозных пор 20 нм и средним расстоянием между порами 30 нм, а вместо потока жидкости используют ламинарный поток газообразного азота, в качестве сканирующего зондового микроскопа используют туннельный микроскоп марки FemtoScan, РФ, а в качестве исследуемого объекта используют золотые сферические частицы, диаметр которых составляет 30 нм. При этом величина прижимной силы, действующей со стороны потока газа на объект, составляет 10-12 Н. В ходе эксперимента изучают морфологию поверхности частиц золота с пространственным разрешением 1 нм.

Пример 4

Опыт проводят аналогично примеру 3, однако вместо газообразного азота используют воздух, ламинарный поток которого создает прижимную силу, равную 10-10 Н. В ходе эксперимента изучают морфологию поверхности частиц золота с пространственным разрешением 1 нм.

Пример 5

Опыт проводят аналогично примеру 3, однако вместо газообразного азота используют аргон, ламинарный поток которого создает прижимную силу, равную 10-11 Н. В ходе эксперимента изучают морфологию поверхности частиц золота с пространственным разрешением 1 нм.

Пример 6

Опыт проводят аналогично примеру 3, однако вместо ламинарного потока газообразного азота используют ламинарный поток хлороформа, который создает прижимную силу, равную 10-8 Н. Однако вместо туннельного микроскопа используют атомно-силовой микроскоп марки Nanoscope. В ходе эксперимента изучают морфологию поверхности частиц золота с пространственным разрешением 2 нм.

Пример 7

Опыт проводят аналогично примеру 6, однако вместо ламинарного потока хлороформа используют ламинарный поток 70%-ого водного раствора этилового спирта, который создает прижимную силу, равную 10-9 Н. В ходе эксперимента изучают морфологию поверхности частиц золота с пространственным разрешением 2 нм.

Таким образом, из приведенных примеров видно, что предложенный способ достаточно прост и действительно существенно снижает трудоемкость известного способа исследования нано- и микрообъектов методом зондовой микроскопии, повышает его информативность и расширяет арсенал технических средств, которые могут быть использованы для исследования нано- и микрообъектов методом зондовой микроскопии.

Способ исследования нано- и микрообъектов методом зондовой микроскопии путем помещения объекта на пористую подложку, его фиксации на поверхности подложки и сканирования зафиксированного объекта методом зондовой микроскопии, отличающийся тем, что используют подложку со сквозными порами, размер которых менее размера исследуемого объекта, а фиксацию объекта осуществляют ламинарным потоком жидкости или газа, подаваемым на подложку со стороны, подлежащей сканированию, причем величина прижимной силы, действующей со стороны потока на объект, находится в диапазоне 10-12-10-3 ньютон.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к экологии. Изобретение представляет способ определения качества окружающей среды методом ЭПР-спектроскопии лишайников, включающий сбор образцов талломов лишайников со стволов деревьев, произрастающих в индустриальной и фоновой зоне, не загрязненной антропогенными выбросами в окружающую среду, очистку, сушку, измельчение, отличающийся тем, что сушку проводят при температуре 85-95°C до постоянного веса и измельчают, снимают ЭПР-спектры, по которым определяют концентрацию парамагнитных центров, при превышении концентрации парамагнитных центров в образцах лишайников, собранных в индустриальной зоне, над концентрацией парамагнитных центров образцов лишайников из фоновой зоны судят о низком качестве окружающей среды в индустриальной зоне, а при равенстве концентраций парамагнитных центров - о допустимом качестве окружающей среды, причем в исследованиях используют образцы одного и того же вида лишайника.

Изобретение относится к экологии, а именно мониторингу состояния окружающей среды методом биоиндикации. Способ определения аммонийных соединений в атмосфере животноводческих комплексов включает сбор образцов лишайника с деревьев, растущих в фоновой зоне, не имеющей выбросов поллютантов в атмосферу.

Изобретение относится к области черной металлургии и может быть использовано при определении химического состава материалов, содержащих кусковой металл, используемых в качестве сырья при производстве чугуна.

Изобретение относится к медицине и может быть использовано для прогнозирования ранней стадии апоптоза лимфоцитов. Для этого выделяют клетки, инкубируют их 48 часов при температуре 37°C и 5% содержании CO2 с добавлением индуктора апоптоза дексаметазона в концентрации 10-4 моль/мл.
Способ определения величины свободнорадикальной активности твердых материалов относится к области экологического тестирования, контроля качества строительных и др.
Изобретение относится к способу оценки антиоксидантной активности растительного сырья из сабельника болотного (Comarum palustre L.). Способ оценки антиоксидантной активности растительного сырья из сабельника болотного (Comarum palustre L.) заключается в определении антиоксидантной активности в водных настоях сабельника болотного по снижению уровня свободно-радикального окисления, который определяют по уровню малонового диальдегида (МДА) методом взаимодействия с тиобарбитуровой кислотой в модельной системе перекисного окисления липидов, представленной полученными из лецитина липосомами.

Изобретение относится к области радиобиологии и экспериментальной медицины. Способ оценки фармакологических и токсикологических свойств веществ заключается в том, что исследуемое вещество вносят в питательную среду личинок и мух Drosophila melanogaster, сочетающих в своем геноме гипоморфные мутации ss- и СG5017-генов.

Изобретение относится к области экологии и предназначено для мониторинга загрязнения природной среды от техногенного точечного источника аэрозольно-пылевых загрязнений.

Изобретение относится к области поверхностных явлений и может быть использовано в разных отраслях, в том числе для характеристики дисперсных материалов или раздробленных материалов, песка, цемента и т.п.

(57) Заявленное изобретение относится к области кормопроизводства и предназначено для определения энергетической ценности зерна белого люпина. Энергетическую ценность определяют на основе расчета энергий активации химических компонентов как сумму энергий активации оболочки и ядра зерна белого люпина, умноженную на массовую долю оболочки и ядра в зерне соответственно.

Изобретение относится к области магнитофотоники. Способ усиления магнитооптического эффекта Керра путем формирования магнитного фотонного кристалла с периодически структурированной поверхностью магнетика, при котором морфология поверхности магнитного фотонного кристалла определяется уровнем среза плотнейшей гранецентрированной кубической упаковки микросфер в плоскости <111> в пределах слоя коллоидного кристалла.

Изобретение относится к новой наноразмерной слабо закристаллизованной модификации 4-метил-N-[3-(4-метилимидазол-1-ил)-5-(трифторметил)фенил]-3-[(4-пиридин-3-илпиримидин-2-ил)амино]бензамида (нилотиниба) гидрохлорида моногидрата.

Способ может быть использован в сканирующей зондовой микроскопии для определения электрического напряжения, модуля упругости, твердости, вязкости, пластичности пьезоэлектрических материалов, компонентов микро- и наноэлектромеханических систем, а также биомикроэлектромеханических устройств.
Изобретение относится к области нанотехнологий и ветеринарной медицине, а именно представляет собой способ инкапсуляции. Отличительной особенностью предлагаемого способа является использование биопага-Д и оболочки микрокапсул натрий карбоксиметилцеллюлозы, а также использование осадителя - 1,2-дихлорэтана при получении нанокапсул физико-химическим методом осаждения нерастворителем.
Изобретение относится к химико-фармацевтической промышленности и представляет собой cпособ инкапсуляции лекарственного препарата методом осаждения нерастворителем, отличающийся тем, что в качестве ядра нанокапсул используется фенбендазол, в качестве оболочки - пектин, который осаждают из суспензии в бензоле путем добавления в качестве нерастворителя четыреххлористого углерода при 25°С.
Изобретение относится к области нанотехнологии, а именно представляет собой способ получения нанокапсул. Отличительной особенностью предлагаемого способа является использование 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты и оболочки нанокапсул каррагинана, а также использование осадителя - ацетонитрила при получении нанокапсул физико-химическим методом осаждения нерастворителем.

Изобретение относится пьезоэлектрическим датчикам, предназначенным для дистанционного контроля различных физических и химических величин. Технический результат, который дает осуществление изобретения, заключается в обеспечении максимальной чувствительность датчика к концентрации моноокиси углерода за счет использования в качестве импеданса, зависящего от концентрации моноокиси углерода, наностержней оксида цинка, сопротивление которых близко к сопротивлению излучения отражательного ВШП.
Адъювант // 2550263
Изобретение относится к биотехнологии и иммунологии, а именно к применению наногранул фторуглеродного материала в качестве адъюванта для вакцин. Предложенное изобретение может быть использовано в области медицины и ветеринарии для конструирования и производства высокоэффективных вакцин.

Изобретения относятся к нанотехнологии и могут быть использованы при изготовлении катализаторов и сорбентов. Графеновая пемза состоит из графенов, расположенных параллельно на расстояниях больше 0,335 нм, и аморфного углерода в качестве связующего по их краям, при соотношении графена и связующего от 1:0,1 до 1:1 по массе.
Изобретение относится к медицине, а именно к хирургии, и может быть использовано при лечении пациентов с острым анаэробным парапроктитом. В период предоперационной подготовки пациента выполняют катетеризацию мочевого пузыря и дренирование прямой кишки.

Изобретение относится к солнечным элементам и может использоваться в качестве преобразователя солнечной энергии в электрическую энергию в энергетике и в портативной электронике. Cолнечный элемент включает катод и анод, каждый из которых имеет внешний и внутренний гибкие слои, причем названные катод и анод расположены таким образом, что их внутренние слои находятся напротив друг друга с зазором, заполненным электролитом, при этом внешний слой катода выполнен из светопроницаемого полимерного материала, а его внутренний слой выполнен из углеродных нанотрубок, внешний слой анода выполнен из проводящего материала, а его внутренний слой выполнен из наночастиц полупроводникового материала, сенсибилизированного красителем. Изобретение обеспечивает упрощение технологии изготовления солнечных элементов и снижает их стоимость, также увеливает их гибкость. 10 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх