Атомно-силовая акустическая микроскопия

Атомно-силовая микроскопия (АСМ) – уже достаточно давно является универсальным методом исследований, который находит применение в различных областях науки и техники. Чаще всего АСМ используется при анализе неорганических образцов. Несмотря на это, доля АСМ-исследований в биологии и медицине с каждым годом всё увеличивается. Этому способствуют неоспоримые преимущества атомно-силовой микроскопии по сравнению с другими методами – в том числе её адаптивность и возможность настройки под различные задачи.

Одним из наиболее перспективных направлений в использовании АСМ является атомно-силовая акустическая микроскопия (АСАМ). Метод позволяет получать высококачественные результаты исследований, благодаря которым можно изучать структуры на субклеточном уровне.

Основной принцип работы АСАМ состоит в создании на поверхности образца акустических колебаний, которые считываются посредством кантилевера, находящегося в контакте с образцом. Колебания задаются на резонансной частоте кантилевера.

Резонансные частоты кантилевера зависят от многих параметров, в том числе от жесткости контакта зонд-образец и радиуса области контакта, которые в свою очередь зависят от модулей Юнга материалов образца и зонда, радиуса закругления кончика зонда, силы прижима зонда, рельефа поверхности. Исходя из этого, метод АСАМ позволяет определять модуль Юнга по контактной жесткости с разрешением в несколько десятков нанометров.

Процесс измерений состоит в следующем. Сначала осуществляется возбуждение колебаний образца за счет пьезоэлектрического преобразователя, расположенного под ним. Кантилевер, находящийся в контакте с образцом, также начинает испытывать колебания, которые считываются с помощью четырехсекционного фотодетектора и подаются на синхронный усилитель. В результате получается акустическое изображение – карта распределения амплитуд колебаний кантилевера на фиксированной частоте колебаний вблизи резонанса (АСАМ-отображение). Изображения атомно-силовой акустической микроскопии отображают распределение поверхностной жесткости образца.

Фазовое изображение подчеркивает слабые детали и указывает на субклеточные структуры внутри клеток.

Таким образом, карты распределений жесткости, полученные методом атомно-силовой акустической микроскопии, помогают исследовать субклеточные структуры, такие как клетки рака молочной железы, кишечной палочки, золотистого стафилококка. Это осуществляется с высоким, не достижимым другими методами, разрешением. Также метод позволяет без разрушения клеток изучать их внутреннюю структуру.

Источник: Li X. et al. Noninvasive subcellular imaging using atomic force acoustic microscopy (AFAM) //Cells. – 2019. – Т. 8. – №. 4. – С. 314.