اندازه‌گیری بهتر با حذف روکش طلای کاوشگر AFM

پژوهشگران در آمریکا نشان داده‌اند که حذف روکش طلای کاوشگر AFM که تاکنون مفید تصور می‌شد، اندازه‌گیری نیرو را در یک سیال – که محیط مناسبی برای مطالعات زیست‌فیزیکی مانند کشش DNA یا تاگشایی پروتئین است – بهبود می‌دهد. حذف طلا از کاوشگر لرزانک با یک حمام شیمیایی ضعیف می‌تواند دقت و توانایی اندازه‌گیری نیرو را تا ۱۰ برابر بهبود بخشد. انتظار می‌رود که این پیشرفت بسرعت در تمام زمینه‌های زیست‌فیزیکی و نانوعلوم مفید باشد.

برای اندازه‌گیری نیروهای پیکومقیاس در سیال، کاوشگر میکروسکوپ به یک مولکول مانند ژنوم متصل شده و آن را می‌کشد و سپس انحراف کاوشگر اندازه‌گیری می‌شود. این پژوهشگران فهمیدند که کاوشگرهایی که روکش طلای آنها حذف شده باشد (برنگ ارغوانی) اندازه‌گیری‌هایی انجام می‌دهند که ۱۰ برابر از موارد مربوط به کاوشگرهای متداول با روکش طلا دقیق‌تر و پایدارتر است.

برای اندازه‌گیری نیرو در مقیاس مولکولی، لرزانک AFM از انتهای تیزش به مولکول متصل شده و آن را می‌کشد و سپس انحراف لرزانک اندازه‌گیری می‌شود. این نیروها در محدوده پیکونیوتن (pN) یا تریلیونیوم نیوتن قرار دارند. نیوتن که یکی از واحدهای نیرو است وزن تقریبی یک سیب کوچک است.

لرزانک‌ها معمولا از سیلیکون یا نیترید سیلیکون ساخته می‌شوند و هر دو طرف آنها بمنظور انعکاس بیشتر نور با طلا روکش می‌شود. توماس پرکینز، فیزیک‌دان موسسه ملی فناوری و استانداردها، متوجه شد که روکش طلا هنگامی که گروه پژوهشی‌اش مشغول کاوش تاشدگی و تاگشایی مولکول‌های پروتئینی در دوره‌های زمانی چندثانیه تا چنددقیقه بودند، ایجاد مشکل می‌کند.

این گروه قبلا پایداری مکانی AFM را بهبود داده بود، ولی بعدا کشف کرد که نیرو دارای انحراف بوده است. پرکینز می‌گوید: «این خلاف تصور است. همه فرض کرده‌اند که طلا برای انعکاس بهتر لازم است در حالیکه طلا منبع اصلی انحراف نیرو در مقیاس‌های زمانی کوتاه و بلند است.»

پرکینز توضیح می‌دهد: «طلا خاصیت کشسانی پیچیده در اندازه‌گیری‌های پردقت دارد. هنگامی که طلا خم می‌شود مانند یک بتونه نرم اندکی وا می‌رود. بعلاوه همه می‌دانند که طلا می‌تواند ترک بردارد، کهنه شود، و با مولکول‌ها پیوند بخورد – تمام چیزهایی که ممکن است خواص مکانیکی آن را تغییر دهند. این مسئله حتی هنگامی که شما مشغول آزمایش‌های بیولوژیکی در سیال هستید، بدتر می‌شود.»

اندازه‌گیری نیرو با AFM دارای خطای مثبت یا منفی ۵ تا ۱۰ پیکونیوتن است. این پژوهشگران با حذف طلا توانستند این خطا را تا نیم پیکونیوتن برای اندازه‌گیری در دوره‌های زمانی کوتاه یا بلند کاهش دهند. این پژوهشگران جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی Nano Letters منتشر کرده‌اند.