Biofotonica - The Wizard Tecnology

BioAFM Microscopio a Forza Atomica per Applicazioni Biologiche
Da Luglio 2015 è in produzione il Nanowizard 4

Il microscopio a forza atomica consiste in una microleva (cantilever) alla cui estremità è montata una punta acuminata (tip), tipicamente composta di silicio o nitruro di silicio, che presenta un raggio di curvatura dell'ordine dei nanometri. La punta viene collocata nelle strette vicinanze della superficie del campione di cui si vuole effettuare la scansione. La forza di Van der Waals che agisce tra la punta ed il campione provoca una deflessione della microleva (la cui costante elastica è nota), in accordo con la legge di Hooke. Tipicamente, la deflessione è misurata utilizzando un punto laser riflesso dalla sommità della microleva verso una matrice di fotodiodi. Se la punta fosse esplorata ad altezza costante, si correrebbe il rischio che essa possa collidere con la superficie, danneggiandola. Di conseguenza, nella maggior parte dei casi viene utilizzato un meccanismo di retroazione per regolare la distanza tra la punta e il campione al fine di mantenere costante la forza che agisce tra loro (closed-loop).

Generalmente il campione è collocato su un tubo piezoelettrico, che può spostarlo in direzione perpendicolare (direzione z) per mantenere una forza costante e nel piano (direzioni x ed y) per analizzarne la superficie. La mappa risultante s(x,y) rappresenta la topografia della superficie campione. Biofotonica S.R.L. Si occupa della Distribuzione, vendita e assistenza in Italia dei Microscopi a Forza Atomica della JPK Intruments . Questi microscopi sono realizzati sia per esperimenti general purpose che specializzati nello studio e nell'analisi di campioni in liquido, per questo motivo, essendo particolarmente brillanti nella misura di campioni biologici, vengono chiamati BioAFM.

JPK Intruments è stata la prima casa costruttrice a dedicare un AFM a studi di carattere biologico, il suo strumento è stato quindi progettato e realizzato a tal fine, e non riadattato allo scopo. Il Nanowizard (AFM biologico) è ora arrivato alla sua terza versione, che rispetto alle precedenti ha migliori performances per quanto riguarda il rumore (<0.030nm RMS Z noise level), la risoluzione spaziale (fino a 0.2 nm) e l'elettronica di controllo. Gli utenti del BioAFM Nanowizard 4 possono appartenere ad Istituti con le più diverse preparazioni scientifiche, infatti le applicazioni che possono essere risolte con questa tecnologia sono davvero molteplici. Il Nanowizard 4 soddisfa le necessità di Chimici, Fisici e Biologi. I biofisici e gli esperti di ottica hanno bisogno di un accesso diretto ai dati e flessibilità sperimentale. L’integrazione con gli strumenti ottici è un fattore chiave, perché i metodi ottici sono lo standard per le applicazioni biologiche. Il BioAFM permette di lavorare in liquido in maniera del tutto controllata. Le componenti "chiave" sono costruite in materiale trasparente ed il Nanowizard 4 consente la trasmissione della luce attraverso il campione e quindi di poter lavorare contemporaneamente in modalità AFM in combinazione con le più comuni tecniche di microscopia ottica (DIC, Phase Contrast, Fluorescenza). Numerosi accessori rendono il sistema adattabile alle necessità dell'utente. Il Nanowizard 4 ha provato le sue performance in quasi tutti i campi di ricerca, dalla nanomanipolazione alle misurazioni di adesione cellulare, dalla chimica di superficie all’imaging del DNA in alta risoluzione, dai batteri ai farmaci, dall’elettrochimica alla fusione di polimeri. La continua crescita di utenti globali, e di pubblicazioni scientifiche da parte dei nostri clienti (circa 400 ad oggi) ne sono la prova.

Descriviamo brevemente le più salienti caratteristiche del BioAFM Nanowizard 4:

  • Elevata risoluzione sia per l’imaging che per la spettroscopia di forza: sono caratteristiche essenziali per misure di singola molecola, specialmente in liquido.
  • Scanner closed loop: esperimenti lunghi richiedono massima stabilità e nessun drift.
  • Consente metodi per l’aumento del contrasto ottico per i campioni biologici come il phase contrast ed il DIC, per questo è necessario un reale condenser ottico.
  • Sono possibili tecniche di fluorescenza come TIRF, FRET, FCS, FRAP, FLIM, STED, STORM/PALM, SIM e microscopia a scansione laser in quanto il campione rimanne fisso, solo un cantilever tip-scanner permette questo.
  • L’AFM ed il microscopio ottico hanno software integrati e non interferiscono negativamente l'uno sull'altro, i filtri ottici ed una sorgente luminosa infrarossa permettono realmente di operare in contemporanea con i due sistemi.
  • Lavorando in liquido, non sono presenti parti sensibili sotto il livello del campione, un approccio di tipo sample scanning non è utilizzabile.
  • Tutte le parti in contatto con il campione sono facili da sostituire e/o pulire.
  • L’AFM è completamente impermeabile ed offre diverse celle per fluidi per coprire un ampio range di applicazioni.
  • L’elettronica, l’hardware ed il software permettono esperimenti personalizzabili, ed integrazioni con apparecchiature esterne, cioè strumenti ottici oppure elettrici.

SPECIFICHE TECNICHE:

  • Scansione con movimentazione della punta
  • Risoluzione: < 0.030nm RMS z noise level (Lattice, su microscopio invertito, in modalità closed-loop)
  • Livello rumore del deflection detection del cantilever < 2pm RMS free (0.1Hz – 1KHz)
  • Range di scansione: 100x100x15 µm3
  • Rumore di posizione in xy: < 0.15 RMS (in closep loop)
  • Rumore del sensore in z: 0.06nm RMS
  • Integrabile con i microscopi ottici invertiti di Zeiss, Nikon, Olympus, Leica
  • Sono raggiungibili i 100µm in z grazie all'accessorio CellHesion
  • E' possibile rendere il NW4 a scansione del campione tramite lo stage TAO (che permette anche di eseguire spettroscopia raman del campione)
  • Software di acquisizione ed analisi di facile utilizzo
  • Software QI per analisi quantitativa ( misure di proprietà meccaniche: adesione, elasticità, rigidità; condittività e mappa di distribuzione carica; CPI Contact Point Imaging)

Il BioAFM Nanowizard 4 può utilizzare i microscopi ottici dei maggiori produttori mondiali: Zeiss, Nikon, Olympus, Leica.

Molto utili per la comprensione di tutte le caratteristiche tecniche o degli accessori disponibili possono essere i seguenti pdf:
Brochure Nanowizard 4
Accessori Nanowizard 4

Alcuni video d'esempio:

Di seguito riportiamo alcune immagini che testimoniano la qualità delle misure eseguite dal Nanowizard 4 della JPK Intruments ma molte altre sono presenti sul sito JPK al link Image gallery

Atomic lattice resolution image of mica(6.6nm x 6.6nm)

Living fibroblast cells in PBS (60µm x 60µm)

DNA in buffer (200nm x 200nm)

Bacterial cellulose (2.0µm x 2.0µm)

Bacterial cell (H. pylori) (5.5µm x 5.5µm)

Spherulite structures in a PHB-PHV film (21.5µm x 21.5µm)

Per maggiori informazioni tecniche o commerciali potrete scrivere a:info@biofotonica.it

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