Introduction
Atomic force microscopie (AFM) is een techniek die kwalitatieve en kwantitatieve beeldvorming maakt en aftasten van een materiaaloppervlak. 4-6 Traditioneel AFM wordt gebruikt voor de evaluatie van oppervlakte topografie, morfologie en structuur van multifasische materialen. AFM heeft de mogelijkheid om kwantitatief evalueren nano-schaal interacties, zoals lading, aantrekking, afstoting en adhesie krachten tussen specifieke sonde en substraat in zowel lucht en vloeibare milieus. 7,8 AFM oorspronkelijk ontwikkeld door Binning, Quate en Gerber 9 toepassingen een sonde van bekende / bepaalde gevoeligheid en veerconstante te benaderen en / of scannen van een monster. Vanwege de fysieke interactie tussen de sonde en het monster, wordt de cantilever afgebogen tijdens contact of nabijheid en afhankelijk van de werkingsmodus, kan deze doorbuiging worden vertaald naar de topografie van het monster of maatregel krachten aanwezig is tussen de probe en monster verwerven. Wijzigingen aan de AFM technischeque, zoals colloïdaal sonde nanoscopy, 10 hebben toegestaan wetenschapper direct evalueren van de nano-kracht interacties tussen twee materialen aanwezig in een colloïdaal systeem van belang.
In colloïdale probe nanoscopy wordt een bolvormig deeltje bij uitstek om de top van een cantilever bevestigd, vervangen van de traditionele conische piramidaal tips. Een bolvormig deeltje ideale vergelijking met theoretische modellen zoals Johnson, Kendal, Roberts (JKR) 11 en Derjaguin, Landau, Vervwey, Overbeek (DLVO) 12-14 theorieën en de invloed van de oppervlakteruwheid op de meting mogelijk te minimaliseren. 15 Deze theorieën worden gebruikt om de contactmechanica en verwacht binnen een colloïdaal systeem krachten tussen de deeltjes definiëren. De DLVO theorie combineert aantrekkelijke Van der Waal krachten en afstotende elektrostatische krachten (door elektrische tweelagig) kwantitatief verklaren het aggregatiegedrag van waterige colloïdale systemen, terwijl JKR theorie neemt het effect van contactdruk en adhesie elastische contact tussen twee componenten modelleren. Zodra een geschikte probe wordt geproduceerd, wordt het gebruikt om ander materiaal / deeltje benadering van de krachten tussen de twee componenten te evalueren. Met een standaard vervaardigd tip men kunnen interactieve krachten worden gemeten tussen dat punt en een materiaal van keuze zijn, maar het voordeel van een op maat gemaakte colloïdaal sonde maakt de meting van krachten aanwezig tussen materialen aanwezig in het onderzochte systeem. Meetbare interacties omvatten:.. Lijm, aantrekkelijke, afstotende, lading, en zelfs elektrostatische krachten tussen de deeltjes aanwezig 16 Bovendien kan de colloïdale sondetechniek worden gebruikt tangentiële krachten zich tussen deeltjes en materiaal elasticiteit staand 17,18
De mogelijkheid om metingen uit te voeren in verschillende media is een van de grote voordelen van colloïdaal probe nanoscopy. Omgevingsomstandigheden, vloeibare mEdia, of-vochtigheid gecontroleerde omstandigheden kunnen allemaal worden gebruikt om de milieu-omstandigheden van het bestudeerde systeem na te bootsen. De mogelijkheid om metingen uit te voeren in een vloeibare omgeving maakt de studie van colloïdale systemen in een omgeving die het van nature voorkomt; dus, in staat om kwantitatief gegevens die direct vertaalbaar naar het systeem in zijn natuurlijke staat te verwerven. Bijvoorbeeld, kunnen de deeltjes interacties aanwezig in dosisinhalatoren (MDI) worden onderzocht met behulp van een model vloeibare stuwstof met soortgelijke eigenschappen als het drijfgas gebruikt in MDI's. Dezelfde interacties gemeten in de lucht zou niet representatief zijn voor het systeem bestaand in de inhalator. Bovendien kan het vloeibare medium worden aangepast om het effect van vocht binnendringen, een tweede surfactant of temperatuur op het deeltje interacties in een MDI evalueren. Het vermogen om temperatuur te regelen kan worden gebruikt om bepaalde stappen in de vervaardiging van colloïdale systemen bootsen om te evalueren hoe de temperatuur in de fabricagekosten ofopslag van colloïdale systemen kunnen een impact hebben op deeltjesinteracties hebben.
Metingen die kunnen worden verkregen met behulp van colloïdaal probes bevatten; Topografie scannen, individuele kracht-afstand curves, kracht-afstand hechting kaarten, en woont metingen kracht-afstand. Belangrijke parameters die worden gemeten met behulp van de colloïdale sonde nanoscopy methode in dit document zijn de snap-in, laadvermogen, en scheiding energiewaarden. Snap-in is een meting van de aantrekkende krachten, draagvermogen van de waarde van de maximale kleefkracht, en de scheiding energie brengt de energie die nodig is om het deeltje trekken uit contact. Deze waarden kunnen worden gemeten door middel van geisers of dwell krachtmetingen. Twee verschillende soorten dwell metingen omvatten doorbuiging en inspringen. De lengte en de aard van dwell meting kan specifiek worden gekozen om specifieke interacties die aanwezig zijn in een systeem van belang na te bootsen. Een voorbeeld is het gebruik van doorbuiging dwell - waarvoor geldtHet product in contact op een gewenste deflectiewaarde - de lijmverbindingen die zich in aggregaten gevormd dispersies evalueren. De lijmverbindingen gevormd kan worden gemeten als een functie van tijd en kan inzicht in de wijze om de aggregaten na langdurige opslag redisperse krachten. De overvloed aan gegevens die kunnen worden verkregen met behulp van deze methode is een bewijs van de veelzijdigheid van de methode.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Voorbereiden van de Colloïdaal Probe en AFM Ondergrond
- Om colloïdale sondes te bereiden, gebruik dan een eerder door de auteurs. 19
- Kortom, gebruik dan een hoek van 45 ° houder van een tipless cantilever vast te zetten op specifieke hoek van 45 ° (figuur 1A).
- Bereid een epoxy dia door smeren een dunne laag van epoxy op een microscoopglaasje. Gebruik een schone spatel of een langzame stikstofstroom zodat de laag epoxy toegevoegd aan het objectglaasje is minimale hoogte.
- Bevestig de epoxy dia naar een 40x optische zoom lens microscoop met behulp van een speciaal ontworpen houder (Figuur 1B). Gebruik vervolgens de cantilever de epoxy dia benaderen en verwerven van een kleine hoeveelheid epoxy op de cantilever.
- Herhaal deze stappen om ook een enkel deeltje van belang hechten aan de top van de cantilever (figuur 1C).
- Bereid de AFM substraat door het aanbrengen van colloïdaal pardeeltjes op een AFM dekglaasje met behulp van een thermoplastisch plakstrip.
- Verhit een 35 mm rond dekglaasje tot 120 ° C en een kleine hoeveelheid van de lijm op het dekglaasje. De hoge temperatuur is noodzakelijk om de thermoplastische lijm voor toepassing smelten.
- Daarna afkoelen, het dekglaasje tot 40 ° C voordat het stof van de colloïdale deeltjes op de lijm. OPMERKING: Bij 40 ° C de lijm voldoende ingesteld dat de deeltjes niet worden ingebed in de lijm, maar de lijm kleverig genoeg om te waarborgen dat de deeltjes aan het substraat hechten.
- Verder koelen dekglaasje tot KT en gebruik een zachte stroom van stikstof om alle overmaat ongebonden deeltjes af te blazen.
- Was het substraat verschillende malen met vloeibare medium dat wordt gebruikt voor colloïdale probe metingen zodat alle losse deeltjes van het substraat verwijderd. Opmerking: Dit is belangrijk om de effecten van vrij stromende deeltjes tijdens de meting verminderen, dat kan onderhandelt met cantilever en fouten introduceren in de resultaten.
2. Montage van de Colloïdaal Probe, uitlijnen Laser, en in evenwicht brengen van System
- Monteer de dekglaasje met de colloïdale deeltjes in de onderste helft van een vloeistof cel, zorg ervoor dat de O-ring correct aanligt om eventuele lekken te voorkomen.
- Plaats een hydrofobe transparant vel op de microscoop podium te beschermen tegen vloeistof die gedurende het experiment kan lekken, vooral wanneer uitsluitend met de onderste helft van een vloeistof cel voor het meten en plaatst de vloeistof cel op de microscoop podium. OPMERKING: Voor de eenvoud kan men alleen maar de onderste helft van een vloeistof cel gebruiken, gezien het feit dat het systeem adequaat kan worden in evenwicht gebracht; tip - de verdamping verandert de toestand van de meting en de invloed op de resultaten / lezen.
- Bevestig de colloïdale sonde naar de AFM scankop en monteren op de AFM. Met de AFM instrument software op, gebruik de knoppen op hetscannen hoofd naar de cantilever tip in beeld te brengen. LET OP: Alle procedurele stappen en metingen werden ingevuld met behulp van een MFP-3D-Bio AFM met Asiel Onderzoek software.
- Om de intensiteit te maximaliseren, lijn de laser op de punt van de cantilever met de juiste aanpassing knoppen op het scannen hoofd.
- Laat het systeem equilibreren gedurende 5-10 minuten of tot de vervorming waarde stabiliseert. Gebruik de doorbuiging instelknop om de afbuiging naar nul of licht negatief brengen.
- Nadat het systeem geëquilibreerd in lucht, gebruikt de AFM software (thermische paneel in het venster Master Panel) thermisch berekenen InvOLS (gevoeligheid) en veerconstante van de colloïdale probe. OPMERKING: Deze gevoeligheid wordt tijdelijk gebruikt totdat de ware gevoeligheid wordt gemeten bij de voltooiing van de meting (zie stap 4).
- Selecteer "Cal Lente Constant" of "Cal InvOLS" en klik op "Capture Thermal gegevens".
- Eenmaaleen prominente piek blijkt, stoppen met het vastleggen van gegevens, en klik om in te zoomen op de belangrijkste piek.
- Klik op "initialiseren Fit", gevolgd door "Fit Thermische gegevens," aan de automatisch berekende veerconstante of InvOLS waarden te verkrijgen.
- Voeg langzaam 2 ml van het vloeibare medium om de vloeistof cel met een spuit en zorgen dat er geen luchtbellen aanwezig zijn rond de cantilever zijn. Opnieuw uitlijnen van de laser, omdat de brekingsindex van het medium nu veranderd en opnieuw equilibreren het systeem waardoor de doorbuiging waarde te stabiliseren voordat u de vervorming op nul. OPMERKING: Als er een groot temperatuurverschil is tussen het milieu en de vloeistof, zal equilibrering langer duren.
3. Imaging and Data Acquisition
- Stel de eerste scan grootte tot 20 pm, scansnelheid tot 1 Hz, scan hoek tot 90 °, setpoint op 0,2 V en het verkrijgen van een scan van het monster. Regelt de gain als nodig is om overlappende sporen te verkrijgenen nalopen bochten.
- Zodra een deeltje van belang wordt gevonden, direct inzoomen op dat deeltje tot uitgebreide sonde interacties te beperken met het substraat voorafgaand aan het verkrijgen van kracht volume metingen.
- Eenmaal ingezoomd, het verwerven van een voldoende beeld van een enkel deeltje of een deel van een enkel deeltje. Ga dan verder met de Force Panel in de software. Breng de rode positie balk naar de hoogste stand, zet de kracht afstand tot 5 micrometer, scansnelheid tot 0,1 Hz, triggerkanaal aan niets en voeren een krachtmeting. Zorg ervoor dat de sonde niet in contact komt het substraat.
- Van de enkele meting grafiek verkregen, berekenen de virtuele afbuiging lijn door rechts te klikken op de grafiek-venster, en het selecteren van de "Bereken Virtual Def Line"-optie. Deze berekent automatisch de virtuele doorbuiging en de waarde bij te werken binnen de software.
- Wijzig de trigger kanaal tot zeeg en stel het triggerpoint tot 20 nm. Stel de kracht distAnce 1 urn en stel de scansnelheid zoals gewenst afhankelijk van de gemeten krachten plaats.
- De waarde handmatig aan te passen voor de afbuiging Inverse Optical Lever Gevoeligheid (InvOLS) in de recensie Force Panel na het uitvoeren van 2-3 opeenvolgende voorlopige enkele kracht metingen.
- Voer een enkele kracht meting, klik dan op de "Review" knop op de Force Panel die opent een Master Force Panel.
- Markeer de meest recent opgeleverde krachtmeting. Onder de "as" rubriek zorgen dat alleen "DeflV" is aangevinkt. Verander de "X-as" invoerveld naar "september" met behulp van het dropdown menu en klik op "maken grafiek."
- Klik op de "Parmezaanse" tab op de Master Force Panel en pas de waarde van "InvOLS" totdat het contact gebied van de grafiek is volledig verticaal. Bevolken dan deze waarde in het veld "defl InvOLS" zich onder de Cal60, sub-tabblad in het tabblad Force gelegen aan de hoofdweg Master Panel venster.
- Herhaal dit 2-3 keer dat de InvOLS waarde niet significant verandert.
- Nu alle parameters zijn ingesteld, zodat het vloeibare medium niveau nog voldoende is en dat de doorbuiging is nog steeds stabiel. NB: Op dit moment kunnen enkel kracht bochten of geweld kaarten worden verkregen. Als dwell krachtmetingen gewenst zijn, kan de dwell opties zijn toegankelijk in de Force Panel.
4. Post-tuning van gevoeligheid voor Analyse
- Na de voltooiing van de meting acquisitie, meet de werkelijke gevoeligheid van de colloïdale probe. Om dit te doen, voeren een krachtmeting met een relatief grote doorbuiging / force met de colloïdale sonde in dezelfde vloeibare medium tegen een "oneindig" harde ondergrond, zoals mica. OPMERKING: Gevoeligheid werd verkregen na afloop van de experimenten omdat de grote doorbuiging / force collo beschadigenidal sondes bereid met poreuze of breekbare colloïden.
- De helling van het contactgebied wordt door de software berekent automatisch de gevoeligheid (Figuur 2). Gebruik deze werkelijke waarde van de gevoeligheid tijdens data-analyse van alle verkregen met behulp van die bepaalde colloïdale sonde bochten.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Vloeibare colloïdale systemen worden gebruikt voor verscheidene farmaceutische geneesmiddelafgiftesystemen. Voor inhalatie drug delivery, een gemeenschappelijk colloïdaal systeem is de schorsing onder druk dosisaërosol (pMDI). Deeltjesinteracties aanwezig binnen de pMDI spelen een vitale rol in de formulering fysische stabiliteit, opslag en afgifte van geneesmiddelen uniformiteit. In dit manuscript zijn tussen de deeltjes krachten tussen poreuze lipide gebaseerde deeltjes (~ 2 micrometer optische gemiddelde deeltjesdiameter) in een model drijfgas (2H, 3H-perfluorpentaan) geëvalueerd bij kamertemperatuur om de functionaliteit en mogelijke fouten die met de gepresenteerde overbrengen procedure.
Figuur 3 toont twee representatieve colloïdale probes bereid met de lipide gebaseerde inhaleerbare deeltjes die kunnen worden gebruikt voor colloïdale probe nanoscopy. Het is belangrijk dat een colloïdaal deeltje is bevestigd aan de top van de cantilever zodanig dat het het meest opvallende kenmerk en het eerste puntvan contact tijdens de meting. Dit zorgt ervoor dat de interacties gemeten uitsluitend door de colloïdale deeltjes. Vastmaken meerdere deeltjes of deeltjes agglomeraten kunnen foutieve resultaten (figuur 4) te produceren door meerdere cantilever doorbuiging veroorzaakt door zowel deeltjes gelijktijdig aftasten hetzelfde deeltje aanwezig zijn op het substraat. Met goed voorbereid colloïdale probes kunnen topografische beelden van een deeltje substraat zoals getoond in figuur 5 worden bereikt in een vloeibaar medium.
Topografie scans met een colloïdale probe minder gedefinieerd dan die verkregen met een scherpe conische tip; In CPN, het voornaamste doel van een topografische scan is een deeltje op het substraat dat kan worden gebruikt om de interacties tussen de deeltjes te evalueren lokaliseren. Figuur 6 brengt verscheidene kracht bochten men kan tegenkomen bij het uitvoeren colloïdale sensor metingen in een vloeibaar medium . Vloeistof metingenbevatten meer bronnen van fouten tijdens de metingen en moet men zich bewust zijn van alle bronnen om adequaat hun effect op de nauwkeurigheid van de meting (figuur 6A) te minimaliseren.
De snelle en scherpe pieken zichtbaar in de kracht curve in figuur 6B zijn indicatief voor een plotselinge verstoring van het systeem tijdens de meting. Dit kan worden toegeschreven aan AFM instrument beweging of een plotselinge achtergrondgeluid (bv. dichtslaan, niezen) die resulteert in een korte periode van onmiddellijke en snelle destabilisatie. In figuur 6C de fluctuatie van de basislijn in de benadering en terugtrekking van de cantilever suggereren een probleem met het vloeibare medium. Dit kan gebeuren als de vloeistof cel onvoldoende gevuld waardoor de verdamping van het medium om een grote invloed op de stabiliteit van het systeem en meting hebben. Een alternatieve bron van deze instabiliteit kan van onjuiste evenwichtsinstelling van de cantilever in de vloeibare zeeid medium voorafgaand aan de analyse. De cantilever is gevoelig voor veranderingen in temperatuur en acties zoals 'bijvullen' de vloeistof cel hebben voldoende re-equilibratietijd. Figuur 6D toont een basislijnverschuiving tijdens de nadering en trek cyclus. Deze schone verschuiving is onbestaande tijdens momentane krachtmetingen, maar is duidelijker in dwell krachtmetingen. Deze drift is een gevolg van cantilever thermische drift, die kan om verschillende redenen, waaronder: langzame verdamping van het vloeibare medium leidt tot een verandering in de temperatuur van het medium, met een medium dat nog steeds equilibreren bij omgevingstemperatuur, of het uitvoeren van de meting in een omgeving die niet ideaal is gecontroleerd. Minimale constante verschuivingen in de temperatuur van de vloeistof tijdens de meting produceren dergelijke afwijkingen. Dit soort meting drift moeilijk te regelen voor hoge verdampende vloeistoffen, tenzij een gesloten vloeistofsysteem cel wordt gebruikt tijdens de meting; however meeste AFM analysesoftware kunnen dergelijke afwijkingen corrigeren.
Immers controleerbare foutbronnen worden verzacht en het systeem geschikt evenwicht, kan hechting mapping worden toegepast om een grote hoeveelheid statistische gegevens over een bepaalde afmeting van het monster te verkrijgen. Force mapping kan zelfstandig of in combinatie met topografische scannen worden gebruikt om het effect van de topografie van deeltjes adhesieve krachten (figuur 7) te evalueren. Force mapping zal twee belangrijke grafieken van belang: een topografische kaart van de steekproef op basis van de hoogte waarop de cantilever contact maakt met de ondergrond (figuur 7A) en een hechting kaart overbrengen van de maximale trekkracht van elke individuele kracht curve (figuur 7B). De grafiek in fig. 7B kan worden gebruikt om een numerieke gemiddelde en standaardafwijking van hechting en module krachten, alsmede scheiding energie over het gehele monster. Deze ruwe data graphs kan beschouwd worden als driedimensionale afbeeldingen van de topografie of de verspreiding van hechting metingen over het monster (Figuur 7C / D) en bedekken ze een driedimensionale weergave van de verdeling van de adhesie krachten produceren als een functie van de topografie ( Figuur 7E). Dit type data geeft kritisch inzicht in de onderhavige tussen colloïden en hoe het oppervlak van de colloïden ander gevolg interacties krachten.
Bovendien wonen krachtmetingen kunnen worden gebruikt om het effect van contactmechanica en lengte van contact op de adhesieve krachten evalueren. Vaste lipide deeltjes werden gebruikt om het effect van de verblijftijd van de gemeten adhesieve krachten (figuur 8) brengen. Figuur 8 geeft aan dat adhesieve krachten toenemen als functie van de tijd inspringingen verblijftijd, maar wacht plateau gebruik doorbuiging wonen. Deze trend wordt duidelijker bij langere verblijftijden (180 sec).
.. Figuur 1 Voorstelling van de gebruikte methode om colloïdaal probes voor colloïdaal sonde nanoscopy produceren (A) AFM cantilever, bevestigd aan een speciaal ontworpen 45 ° cantilever houder; (B) Epoxy / Particle dia wordt aangebracht op een secundaire houder die wordt geschoven de microscoop lens, (C) de cantilever wordt langzaam verhoogd tot epoxy en een deeltje te verwerven.
Figuur 2. De gevoeligheid van de cantilever is de helling van het contactgebied verlegging vs z-afstand curve.
Figuur 4. Het gebruik van een colloïdale sonde met meerdere deeltjes aangebracht is kan leiden tot foutieve verdubbeling van een enkel deeltje op het substraat tijdens de topografische scannen van het substraat.
Figuur 5. Topography scans verkregen met een goed voorbereid colloïdale probe. (A) Een grotescannen onthullen meerdere deeltjes van belang; (B) een meer gerichte scan onthullen een groot deeltje van belang, (C) een scan gericht op het oppervlak van een enkel deeltje.
.. Figuur 6 Force curves verkregen met diverse beperkingen die men moet zich bewust zijn (A) Voorbeeld van een goede kracht curve; (B) kracht curve toont een verstoring hetzij door beweging van de AFM of door ruis aanwezig tijdens de meting; (C ) fluctuatie als gevolg van-un geëquilibreerde cantilever kan leiden tot onstabiele nadering / intrekken; (D) thermische drift aanwezig tijdens een meting, bestaande gevolg van de langzame verdamping leidt tot afkoeling van het medium of instabiele milieu-controle.
.. Figuur 7 Hechting kracht mapping die kan worden verkregen met behulp van colloïdaal probe nanoscopy (A) Topografische verdeling van het monster oppervlak;. (B) verdeling van max kleefkracht over het monster (C / D) 3-dimensionale representaties van de grafieken getoond a en b respectievelijk (E) bekleding van de topografie en adhesie krachten produceren van een driedimensionale weergave van de adhesie krachten als functie van de topografie.
Figuur 8. Hechting krachten gemeten als functie van de verblijftijd met twee variërende verblijfstijd metingen (n = 30), (◊) indentatie (□) doorbuiging; * Geeft een significant verschil tussen de waarden op het specifieke tijdstip met behulp van een tweezijdige T-toets met 95% (p <0,05).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Verschillende bronnen van instabiliteit van het systeem aanwezig zijn tijdens vloeibare colloïdale sonde nanoscopy kan gemakkelijk worden verholpen door middel van goede equilibrering procedures. Instabiliteiten zoals besproken eerder leiden tot foutieve resultaten en kracht bochten die moeilijker om objectief te analyseren. Als alle bronnen van instabiliteit zijn onderhouden en grafieken soortgelijk aan die getoond in figuur 4 nog aanwezig zijn, kan een andere parameter meet de reden. Andere meet parameters die belangrijk zijn om te overwegen zijn tijdens colloïdale sonde nanoscopy onder meer de snelheid waarmee de cantilever is bezig en teruggetrokken uit het monster en de trigger punt van de krachtmeting. Bovendien moet worden opgemerkt dat de locatie van het centrum colloïdale sonde anders dan een traditionele AFM tip kan zijn. Daarom is het aangeraden om de positie van de laserspot direct boven het midden van het sonderen deeltje meetnauwkeurigheid te maximaliseren.
Ikt is belangrijk om een snelheid die voldoende is om de kracht men geïnteresseerd is in het meten en een die geschikt is voor gebruik in het vloeibare medium te kiezen. Zou alleen de adhesiekrachten zich tussen de deeltjes geïnteresseerd, de naderingssnelheid is niet kritisch. Echter, voor de aantrekkelijke en afstotende kracht metingen tussen de deeltjes, het kiezen van een aanpak en intrekken snelheid die langzaam genoeg is belangrijk. Naderingssnelheid worden gekozen om de interacties en niet de snelheid van de doorbuiging van de cantilever domineren. Een snelle aanpak overschaduwen en onvoldoende tijd voor de aantrekkelijke interacties te vormen, terwijl een zeer langzame benadering in vloeibaar milieu instabiel basislijnen overeenkomstig figuur 6C zal produceren. De instabiliteit veroorzaakt door een trage aanpak is dat de vloeistof opwaartse kracht op de cantilever is vergelijkbaar met de sterkte waarmee de cantilever benadering.
Een andere parameter die gemeten vóór gegevens moet deovername is de laatste kracht op de trekker. Een te grote kracht op de trekker kan resulteren in grote vervormingen tijdens de meting en kan zelfs plet de probe of monster afhankelijk van de materiaaleigenschappen. Alternatief te klein van een kracht zal onjuiste resultaten, omdat de vloeistoflaag tussen de probe en monster niet voldoende uit tussen de deeltjes geduwd, waardoor de gemeten interactie niet deeltje-deeltje. Methode optimalisatie is belangrijk om goed te screenen en testen van verschillende maten, zodat de verkregen gegevens representeren en nauwkeurig.
Force maps figuur 7 kunnen grote gemakkelijk te verkrijgen datasets leveren. De resolutie van de topografische kaart en vervolgens bedekt driedimensionale representaties zijn direct gerelateerd aan het aantal metingen uitgevoerd. Echter, hoewel een groter aantal meetpunten hogere resolutie beelden te produceren, scantijden kan sterk worden verhoogd.Het houden van vloeibare meetsystemen stabieler kracht mapping kan een uitdaging zijn, afhankelijk van het vloeibare medium en milieucontroles. Vloeistofverdamping, een van de grootste problemen kunnen worden beperkt door regelmatig "bijvullen" van het systeem met extra vloeistof. Het is echter noodzakelijk dat de scan is gepauzeerd en voldoende tijd wordt gegeven voor het opnieuw evenwichtsinstelling van het systeem vóór hervatting van de meting. Een geschikte scantijd moet zodanig gekozen dat het systeem stabiel de nauwkeurigheid van de metingen te garanderen kan worden gehouden.
De mogelijkheid om onmiddellijk kracht bochten te voeren, wonen kracht bochten en grote datasets van geweld kaarten brengt de veelzijdigheid van colloïdale sonde nanoscopy bij de evaluatie van effecten zoals die voorkomen in colloïdale systemen in omgevingen die na te bootsen van nature voorkomende. Experimentele gegevens die zijn verkregen met behulp van de methode die hier beschreven kan belangrijke inzichten in de colloïdale stabiliteit, elektrostatische interacties, zorgen voor eennd coagulatie kinetiek. Deze informatie kan worden gebruikt voor het screenen en of verbeteren op heden colloïdale systemen in diverse industrieën. Bovendien kan deze methode worden gebruikt met biologische cellijnen het effect van bepaalde geneesmiddelen of stoffen (bereid op een colloïdale sonde) op cel interacties en functies uitwerken. Dit kan veel inzicht in kleine molecule, drug discovery en formulering design. Bovendien, met de recente ontwikkelingen in het vermogen om submicron en zelfs nano-colloïdale sondes te produceren, kan de hier gepresenteerde methode gebruiken om tot nano-colloïdale systemen te bestuderen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Acknowledgments
De auteurs erkennen (1) financiële ondersteuning van de afdeling Nanobiomedical Wetenschap & BK21 PLUS NBM Global Research Centrum voor Regeneratieve Geneeskunde in Dankook University, en van de Priority Research Centers Program (nr. 2009-0093829) gefinancierd door NRF, de Republiek Korea, ( 2) de faciliteiten, en de wetenschappelijke en technische bijstand, van het Australische Centrum voor Microscopie en Microanalyse aan de Universiteit van Sydney. HKC is dankbaar voor de Australian Research Council voor de financiële steun door middel van een Discovery Project subsidie (DP0985367 & DP120102778). WK is dankbaar voor de Australian Research Council voor de financiële steun door middel van een koppeling Project subsidie (LP120200489, LP110200316).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Double-Bubble Epoxy | Hardman | 4004 | |
| Veeco Tipless Probes | Veeco | NP-O10 | |
| Porous Particles | Pearl Therapeutics | ||
| Atomic Force Microscope (MFP) | Asylum | MFP-3D | |
| SPIP Scanning Probe Image Processor Software | NanoScience Instruments | ||
| 35 mm Coverslips | Asylum | 504.003 | |
| Tempfix | Ted Pella. Inc. | 16030 |
References
- Sindel, U., Zimmermann, I. Measurement of interaction forces between individual powder particles using an atomic force microscope. Powder Technology. 117, 247-254 (2001).
- Ducker, W. A., Senden, T. J., Pashley, R. M. Direct measurement of colloidal forces using an atomic force microscope. Nature. 353, 239-241 (1991).
- Israelachvili, J. N., Adams, G. E. Measurement of forces between two mica surfaces in aqueous electrolyte solutions in the range 0–100 nm. Journal of the Chemical Society, Faraday Transactions. 1, 975-1001 (1978).
- Upadhyay, D., et al. Magnetised thermo responsive lipid vehicles for targeted and controlled lung drug delivery. Pharmaceutical Research. 29, 2456-2467 (2012).
- Chrzanowski, W., et al. Biointerface: protein enhanced stem cells binding to implant surface. Journal of Materials Science: Materials in Medicine. 23, 2203-2215 (2012).
- Chrzanowski, W., et al. Nanomechanical evaluation of nickel–titanium surface properties after alkali and electrochemical treatments. Journal of The Royal Society Interface. 5, 1009-1022 (2008).
- Tran, C. T., Kondyurin, A., Chrzanowski, W., Bilek, M. M., McKenzie, D. R. Influence of pH on yeast immobilization on polystyrene surfaces modified by energetic ion bombardment. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 104, 145-152 (2013).
- Page, K., et al. Study of the adhesion of Staphylococcus aureus to coated glass substrates. Journal of materials science. 46, 6355-6363 (2011).
- Binnig, G., Quate, C. F., Gerber, C.
- Butt, H. -J. Measuring electrostatic, van der Waals, and hydration forces in electrolyte solutions with an atomic force microscope. Biophysical Journal. 60, 1438-1444 (1991).
- Johnson, K., Kendall, K., Roberts, A. Surface energy and the contact of elastic solids. Proceedings of the Royal Society of London. A. Mathematical and Physical Sciences. 324, 301-313 (1971).
- Deraguin, B., Landau, L. Theory of the stability of strongly charged lyophobic sols and of the adhesion of strongly charged particles in solution of electrolytes. Acta Physicochim: USSR. 14, 633-662 (1941).
- Derjaguin, B., Muller, V., Toporov, Y. P. Effect of contact deformations on the adhesion of particles. Journal of Colloid and Interface Science. 53, 314-326 (1975).
- Verwey, E. J. W., Overbeek, J. T. G.
- Kappl, M., Butt, H. J. The colloidal probe technique and its application to adhesion force measurements. Particle & Particle Systems Characterization. 19, 129-143 (2002).
- Tran, C. T., Kondyurin, A., Chrzanowski, W., Bilek, M. M., McKenzie, D. R. Influence of pH on yeast immobilization on polystyrene surfaces modified by energetic ion bombardment. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. , (2012).
- Sa, D. J., de Juan Pardo, E. M., de Las Rivas Astiz, R., Sen, S., Kumar, S. High-throughput indentational elasticity measurements of hydrogel extracellular matrix substrates. Applied Physics Letters. 95, 063701-063701 (2009).
- Zauscher, S., Klingenberg, D. J. Friction between cellulose surfaces measured with colloidal probe microscopy. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 178, 213-229 (2001).
- Sa, D., Chan, H. -K., Chrzanowski, W. Attachment of Micro- and Nano-particles on Tipless Cantilevers for Colloidal Probe Microscopy. International Journal of Colloid and Interface. , (2014).
