15:42 2022-06-29
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Atribuirea caracteristicilor în mișcare în microscopia cu forță atomică de mare viteză
_ Atribuirea funcțiilor de mișcare în microscopie cu forță atomică de viteză
Cercetătorii de la Universitatea Kanazawa raportează în Biofizică și Fizicobiologie cum să optimizeze experimentele de microscopie cu forță atomică de mare viteză pe membranele celulare vii, astfel încât obiectele în mișcare precum moleculele să poată fi urmărite corect de la cadru la cadru.
În tehnicile de microscopie video, o problemă practică este modul de atribuire adecvată a funcțiilor în mișcare. Într-adevăr, orice configurație de înregistrare video are o frecvență de cadre finită și, dacă în cadru apar mai multe caracteristici în mișcare identice (sau similare), nu este trivial să înțelegem ce caracteristică a mers când se compară imaginile înregistrate la puncte temporale succesive. Pentru microscopia cu forță atomică de mare viteză (HS-AFM), problema de atribuire a probelor foarte dinamice, cum ar fi membranele celulare vii, nu a fost investigată în detaliu. Acum, Damien Hall și Adam Foster de la NanoLSI de la Universitatea Kanazawa au analizat atribuirea caracteristicilor în HS-AFM dintr-un punct de vedere teoretic. Acestea oferă considerații practice pentru planificarea experimentelor pe membranele celulare vii, în special cu privire la modul de găsire a combinației optime între dimensiunea cadrului, pixelarea imaginii și rata de eșantionare.
În AFM, o imagine este formată prin scanarea unei suprafețe cu un vârf foarte mic cu dimensiunea laterală φ atașat de un cantilever mic. Mișcarea de scanare orizontală (xy) a vârfului este controlată prin elemente piezoelectrice; poziția verticală a vârfului se modifică pe măsură ce urmează profilul de înălțime al probei, generând o forță asupra consolei care poate fi măsurată și convertită înapoi într-o măsură a înălțimii, rezultând o hartă a înălțimii suprafeței probei. În HS-AFM, suprafața este scanată în mod repetat, rezultând un videoclip.
Cercetătorii au identificat mai întâi un set de parametri cheie care caracterizează experimentele HS-AFM. „Eșantionarea” spațială continuă corespunde situației în care distanța d dintre punctele măsurate (pixeli) este mai mică decât dimensiunea vârfului, φ, în timp ce eșantionarea discontinuă corespunde că d este mai mare decât φ. Eșantionarea continuă oferă o rezoluție spațială mai bună, dar necesită un timp de scanare mai mare τ - timpul necesar pentru a face o scanare xy completă a probei.
Pentru membranele celulare mobile, Hall și Foster au făcut distincția între trei regimuri de încredere. pentru atribuirea caracteristicilor, în funcție de modul în care timpul de scanare τ se compară cu modificările morfologice brute ale formei membranei (de obicei de ordinul minutelor) și cu modificările rapide, la scară mică, în compoziția locală a membranei (de ordinul milisecundelor). Dacă τ se află cu mult peste aceste două scale de timp, încrederea este scăzută. Dacă se află sub ambele, încrederea este mare. Dacă se află între ele, încrederea în sarcină este intermediară. Ideea este că, pentru o scanare mai rapidă (τ mai mică), obiectele nu se vor deplasa atât de mult între cadre și este mai ușor să recunoaștem unde s-au mutat obiectele.
Oamenii de știință au considerat situația fără morfologie grosolană. schimbări — scenariile cu încredere intermediară și înaltă. Descrierile analitice și numerice ale difuziei membranei, procesul de scanare xy și pixelarea imaginii au făcut posibilă, prin invocarea conceptelor din teoria probabilității, atribuirea proprietăților de „atribuire” unei imagini. Hall și Foster au dezvoltat apoi criterii pentru atribuirea cu încredere a particulelor individuale într-un videoclip HS-AFM și, de asemenea, pentru situația în care sunt prezente mai multe copii ale unei particule. Un rezultat important al analizei lor este că modul în care o imagine este pixelată joacă un rol cheie în atribuirea caracteristicilor.
Lucrările lui Hall și Foster oferă cercetătorilor o listă de verificare care ar trebui să-i ajute să-și configureze experimentul HS-AFM, ținând cont de parametrii de bază de configurare, cum ar fi viteza de scanare, dimensiunile minime de pixelare și dimensiunea imaginii scanate. Citând cercetătorii: „Sperăm că considerentele teoretice dezvoltate aici se pot dovedi utile oamenilor de știință care folosesc AFM atât în proiectarea, cât și în interpretarea experimentelor lor”. Un pachet software numit HS-AFM UGOKU este, de asemenea, disponibil pentru descărcare alături de hârtie.
Microscopia cu forță atomică de mare viteză
Principiul general al microscopiei cu forță atomică (AFM) este de a face un vârf foarte mic scanează suprafața unei probe. În timpul acestei scanări orizontale (xy), vârful, care este atașat la un cantilever mic, urmează profilul vertical (z) al probei, inducând o forță asupra cantileverului care poate fi măsurată. Mărimea forței în poziția xy poate fi legată de valoarea z; datele xyz generate în timpul unei scanări au ca rezultat o hartă de înălțime care oferă informații structurale despre proba investigată. În AFM de mare viteză (HS-AFM), principiul de lucru este puțin mai implicat: cantileverul este făcut să oscileze în apropierea frecvenței sale de rezonanță. Când vârful este mișcat în jurul unei suprafețe, variațiile în amplitudinea (sau frecvența) oscilației cantileverului - care rezultă din interacțiunea vârfului cu suprafața probei - sunt înregistrate, deoarece acestea oferă o măsură pentru valoarea locală „z”. AFM nu implică lentile, astfel încât rezoluția sa nu este restricționată de așa-numita limită de difracție ca în difracția cu raze X, de exemplu.
HS-AFM are ca rezultat un videoclip, în care intervalul de timp dintre cadre depinde de viteza cu care poate fi generată o singură imagine (prin scanarea xy a probei). Urmărirea mișcării obiectelor de la un cadru la altul nu este banal. Damien Hall și Adam Foster de la Universitatea Kanazawa au studiat acum problema de atribuire a caracteristicilor pentru HS-AFM în detaliu, rezultând considerații practice pentru optimizarea experimentelor HS-AFM ale membranelor celulare vii.
Comentarii:
Adauga Comentariu