Aktualności

Kropki kwantowe dla mikroskopii elektronowej

Współczesne mikroskopy elektronowe dają nam niewyobrażalną ilość informacji o próbce w porównaniu do swoich poprzedników. Ich rozwój nastąpił równie szybko co cała informatyka, stąd chęci by udoskonalać idącą wraz z nią aparaturę. Co trochę nowe jak i już stworzone nanostruktury wymagają coraz dogłębniejszej analizy. Ze względu na prawa dyfrakcji, niemieccy naukowcy postanowili jeszcze bardziej przechytrzyć zjawisko limitu dyfrakcyjnego niż robiono to do tej pory. Wykorzystali kropki kwantowe połączone z mikrotubulami oraz zbadali właściwości tego unikalnego zestawu w odniesieniu do mikroskopii elektronowej. 

Aby jeszcze bardziej zwiększyć rozdzielczość problemem są badania nad polami bliskimi, pod względem tzw. lokalizacji Andersona (inaczej lokalizacja mocna/silna). Pozwalają one na pomiar rozkładu pola elektromagnetycznego w otoczeniu obiektu. Dzięki temu uzyskuje się informacje o współczynnikach optycznych charakteryzujących oddziaływanie tego pola z próbką (np. współczynnik załamania). Optyczne pola bliskie są tak mocno/silnie zlokalizowane, że nie mogą wysyłać fal do dalej położonego detektora.

Fizycy z Julius-Maximilians-Universitat Wurzburg (JMU) i z Technische Universitat Dresden pokazali obecnie, że jest możliwe zmierzenie bliskich pól znacznie łatwiej. Użyli biomolekularnego systemu transportu, aby wśliznąć wiele ekstremalnie małych optycznych nanosond ponad powierzchnią. Zaprezentowali swoje wyniki w magazynie Nature Nanotechnology. Jako sond użyli kropek kwantowych – małych fluorescencyjnych cząsteczek o wielkości kilku nanometrów.

Tak zwane białka motoryczne i mikrotubule powodują, że kropki kwantowe przechodzą przez badany obiekt. Mikrotubule są kompleksami białek rurkowych, które sięgają dziesiątych części milimetra długości. Tworzą one główną sieć dróg transportujących wewnątrz komórek. Białka motoryczne biegną wzdłuż tych dróg, transportując wewnątrzkomórkowo materiał z jednego miejsca do drugiego. Fizycy z Wurzburg i Dresden skorzystali z tej koncepcji, ale odwrotnie. Białka motoryczne są przymocowane do powierzchni próbki i przepuszcza się nad nimi mikrotubule.

Kropki kwantowe posłużyły jako optyczne sondy przymocowane do mikrotubuli i poruszają się razem z nosicielem. Pojedyncza kropka kwantowa potrzebuje bardzo dużo czasu na zeskanowanie dużej powierzchni. Użyli więc dużej ich ilości, które poruszają się w tym samym czasie. Umożliwia im to zeskanowanie dużego obszaru w krótszym czasie. Używając tej zasady, można zmierzyć lokalne pola świetlne ponad dużym obszarem z rozdzielczością poniżej pięciu nanometrów. Używane są wówczas ustawienia, które przypominają klasyczną mikroskopię optyczną.

Cały projekt przetestowano na cienkich warstwach złota ze szczelinami o średnicy około 250 nm. Szczeliny oświetlono dodatkowo od spodu niebieskim laserem, które przechodząc przez wąskie luki są ograniczone ich szerokością. Powoduje to, że układ idealnie demonstruje wysoką rozdzielczość mikroskopu. Podczas pomiaru “rój mikrotubuli” jednocześnie ślizga się w różnych kierunkach przez powierzchnię warstw złota. Dzięki instrumentowi, pozycja każdej z transportowanych kropek kwantowych może być dokładnie zdeterminowana w określonych odstępach czasu. Jeżeli kropka kwantowa porusza się przez optyczne bliskie pole szczeliny, zaczyna świecić mocniej. Zachowuje się więc jak optyczny sensor.

Średnica kropki kwantowej wynosi jedynie kilka nanometrów, więc dystrybucja światła w środku szczeliny jest zdeterminowana z ekstremalną dokładnością. Z kolei mikrotubule dzięki swojej długości i wytrzymałości, poruszają się ekstremalnie prosto. Poza tym w  poruszają się w przewidywalny sposób przez pokrytą białkami motorycznymi powierzchnię. Umożliwia to zdeterminowanie pozycji kropek kwantowych z dziesięć razy lepszą dokładnością niż z poprzednio przedstawionymi metodami mikroskopowymi o wysokiej rozdzielczości. Ponadto zakłócenia powodowane ruchem elektrod mogą być wyłączone. Ponieważ system transportujący zawiera jedynie kilka molekuł, jego wpływ na optyczne bliskie pola jest nieistotny.

Źródło tekstowe: https://www.sciencedaily.com/releases/2018/04/180430131845.htm

Redaktor: Jagoda M. Wierzbicka

Podobne artykuły

Całkiem niedawno skonstruowano technikę pulsacyjnego odparowania laserowego wspomaganego macierzową rezonancją w podczerwieni (Resonant Infrared Matrix-Assisted Pulsed Laser Evaporation – RIR-MAPLE). Metoda umożliwi otrzymanie hybrydowej kombinacji do stworzenia znacznie lepiej absorbujących światło paneli...
Międzynarodowa grupa naukowców z uniwersytetów w Wiedniu, Duisburg-Essen i Tel Aviv’ie skonstruowała nanomechaniczne wskazówki pokazujące nam czas przy pomocy obracania się malutkich, cienkich walców, których ruch jest inicjowany światłem.