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Engineering

Desenvolvimento de uma sonda de microscopia de força atômica baseada em ferrão de mosquito bio-híbrido

Published: April 26, 2024 doi: 10.3791/66675

Summary

Investigações quantitativas e controladas sobre comportamentos de picada de insetos são cruciais para a elaboração de estratégias eficazes de combate a doenças transmitidas por vetores. Neste contexto, é introduzido um método para fabricar uma sonda de microscopia de força atômica (AFM) bio-híbrida.

Abstract

Os mosquitos, notórios como os animais mais mortais para os seres humanos devido à sua capacidade de transmitir doenças, representam um desafio persistente para a saúde pública. A estratégia de prevenção primária atualmente em uso envolve repelentes químicos, que muitas vezes se mostram ineficazes, pois os mosquitos desenvolvem resistência rapidamente. Consequentemente, a invenção de novos métodos preventivos é crucial. Esse desenvolvimento depende de uma compreensão completa dos comportamentos de picada de mosquito, necessitando de uma configuração experimental que reproduza com precisão os cenários reais de picada com parâmetros de teste controláveis e medições quantitativas. Para preencher essa lacuna, uma sonda de microscopia de força atômica bio-híbrida (AFM) foi projetada, apresentando um ferrão biológico - especificamente, um labrum de mosquito - como sua ponta. Esta ponta de prova bio-híbrida, compatível com sistemas padrão do AFM, permite uma simulação quase autêntica de comportamentos da penetração do mosquito. Este método marca um passo à frente no estudo quantitativo dos mecanismos de picada, potencialmente levando à criação de barreiras eficazes contra doenças transmitidas por vetores (VBDs) e abrindo novos caminhos na luta contra doenças transmitidas por mosquitos.

Introduction

A Organização Mundial da Saúde (OMS) informou que as doenças transmitidas por vetores (VBDs) são responsáveis por mais de 17% de todas as doenças infecciosas, que causam mais de 7,00,000 mortes por ano em todo o mundo. Por exemplo, como o animal mais mortal do mundo, os mosquitos espalham vários patógenos, como dengue, malária e zika, por meio de artrópodes que se alimentam de sangue, resultando em 700 milhões de infecções a cada ano1. Explorações para o desenvolvimento de medidas eficazes para prevenir VBDs são de importância crucial, incluindo imitar os comportamentos de penetração de mosquitos para investigar seus mecanismos de picada e estudos de barreiras potenciais para provar sua eficácia na prevenção da penetração. Um dos principais desafios é desenvolver abordagens adequadas para realizar tais investigações. Esforços têm sido feitos na literatura, incluindo o desenvolvimento de agulhas em microescala que se assemelham à geometria de um ferrão de mosquito; no entanto, muitos dos materiais usados para fazer essas microagulhas (ou seja, materiais viscoelásticos2, silício (Si), vidro, cerâmica3, etc.) têm propriedades mecânicas diferentes do material biológico da tromba do mosquito. Os materiais de engenharia podem ser quebradiços e propensos a fraturas e flambagens 3,4, enquanto a tromba do mosquito pode suportar melhor fraturas ou flambagens4. O benefício de ter uma sonda bio-híbrida usando o labrum de um mosquito em vez de materiais de engenharia é que ela pode ser uma representação mais precisa do mecanismo de perfuração dos mosquitos. Além disso, ferramentas especializadas devem ser integradas com microagulhas para realizar estudos quantitativos, como a medição precisa da força5, o que não é facilmente alcançável com configurações personalizadas usando microagulhas projetadas.

A abordagem baseada em microscopia de força atômica (AFM) é promissora, pois opera empregando um cantilever com uma ponta ultrafina que é cuidadosamente posicionada perto da superfície de uma amostra. A ponta pode escanear ou ser pressionada em direção a uma superfície, experimentando forças atrativas ou repulsivas variadas devido às suas interações com uma amostra6. Essas interações levam à deflexão do cantilever, que é rastreada pelo reflexo de um feixe de laser do topo do cantilever para um fotodetector6. A sensibilidade excepcional ao movimento do sistema permite que o AFM conduza uma escala diversa de medições, incluindo mas não limitadas ao mapeamento morfológico com precisão do picômetro, às medidas da força que variam dos piconewtons aos micronewtons, e às investigações multifísicas detalhadas7. Por exemplo, as reentrâncias do AFM podem ser executadas para avaliar precisamente a resposta à força aplicada de uma amostra e igualmente para medir a dureza, a elasticidade, e outras propriedades mecânicas de uma amostra acoplando com os modelos analíticos apropriados8. A ponta de prova do AFM é feita o mais geralmente do silicone (Si) ou do nitreto de silicone (Si3N4)8 com um comprimento do μm9 de 20-300 e de um raio da ponta na ordem de diversos às dezenas dos nanômetros10. O raio da ponta da escala nanométrica pode ser ideal para aplicações como imagens de alta resolução; no entanto, não possui as características dos ferrões biológicos para estudos que tentam imitar comportamentos de penetração em termos de rigidez, raio, forma e proporção. Por exemplo, a estrutura da microagulha de um mosquito é o fascículo, que tem uma proporção de ~ 6011 (comprimento ~ 1,5 mm a 2 mm; diâmetro ~ 30 μm) 12 . Quando uma ponta de prova convencional do AFM puder ser suposta assemelhar-se a um ferrão biológico como um labrum, suas propriedades e dimensões materiais distintas não refletirão a situação real durante uma mordida.

Para permitir investigações quantitativas de comportamentos de penetração que imitam mordidas biológicas de insetos ou outros animais com ferrões, aqui, um processo para fabricar balanços AFM bio-híbridos com um ferrão biológico à medida que sua ponta é desenvolvido. Como um estudo de caso, um modilhão do AFM com a ponta de um labrum do mosquito unido foi demonstrado com sucesso. Aproveitando as informações existentes da literatura sobre as forças de inserção típicas que um mosquito usa para perfurar a pele de uma vítima12,13, este cantilever AFM bio-híbrido pode potencialmente permitir uma imitação quase real de picadas de mosquito sob um AFM regular. O protocolo de alavancar micro ferrões biológicos para fabricar os cantilares bio-híbridos do AFM pode igualmente ser aplicado ao desenvolvimento de outros suportes biohíbridos afiados-baseados ferrão-baseados do AFM para investigações quantitativas de uma variedade de mecanismos de mordida.

Terminologias
Um esquema de uma tromba e seus componentes de interesse são mostrados na Figura 1, e suas definições são (1) Probóscide: uma parte do corpo da boca de um mosquito que permite que o mosquito se alimente, com uma estrutura núcleo-concha composta pelo fascículo (núcleo) e o lábio (concha), (2) Lábio: a cobertura externa escura e romba de uma tromba2, (3) Fascículo: um grupo de agulhas delgadas contidas dentro do lábio, incluindo duas maxilas, duas mandíbulas, uma hipofaringe e um lábio2, (4) Hipofaringe: responsável pela secreção de saliva na corrente sanguínea do hospedeiro2, (5) Maxilas: membro serrilhado auxiliando no mecanismo de alimentação2, (5) Mandíbulas: semelhantes à maxila, auxiliam o mosquito no mecanismo de alimentação e têm uma ponta afiada2, (6) Labrum: o principal membro para penetrar na pele de uma vítima, que é muito maior que as maxilas, mandíbulas e hipofaringe. Igualmente tem estruturas sensoriais que lhe permitem encontrar vasos sanguíneos e canais internos sob a pele2, (7) Manipulador: um conjunto com três graus de liberdade e precisão da mícron-escala para o posicionamento, permitindo o movimento em sentidos de XYZ, (8) Conjunto da braçadeira: uma braçadeira feito-à-medida de 2 partes montada ao manipulador usado para prender o modilhão sem ponta do AFM durante a experiência.

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Protocol

A espécie de mosquito utilizada para este protocolo é uma fêmea adulta não infectada Aedes aegypti (A. aegypti), recebida congelada e armazenada em freezer de -20 °C. A espécie foi fornecida pelo Centro de Recursos de Reagentes de Pesquisa de Filariose do NIH / NIAID para distribuição através da BEI Resources, NIAID, NIH: Aedes aegypti não infectado, cepa Black Eye Liverpool (congelado), NR-48920. Os reagentes e equipamentos utilizados para o estudo estão listados na Tabela de Materiais.

1. Dissecando o lábio da tromba

  1. Usando uma pinça, coloque um mosquito morto em uma lâmina de vidro sob o microscópio e certifique-se de que haja uma ponta cônica na extremidade da tromba (Figura 2A).
  2. Enquanto mantém o mosquito na lâmina de vidro, coloque uma lâmina de bisturi suavemente sobre o lábio perto da cabeça do mosquito (Figura 2B).
  3. Proceda a uma incisão em toda a metade superior do lábio (um corte de aproximadamente 80 μm) com uma profundidade de penetração rasa através da espessura do lábio. Certifique-se de aplicar uma leve pressão na lâmina para cortar apenas o lábio, mas não o fascículo que fica abaixo.
  4. Com uma pinça, segure firmemente a cabeça do mosquito e, com outra pinça de precisão, aperte levemente o lábio em qualquer posição entre a ponta cônica e o local da incisão (Figura 2B).
    1. Puxe a pinça que segura o lábio na direção da ponta cônica (Figura 2C). Continue puxando a pinça até que o lábio se solte e seja totalmente removido do fascículo.
  5. Coloque o mosquito sob o microscópio e verifique se a ponta do labrum está presente. Isso pode ser identificado pela presença de uma ponta cônica no fascículo (Figura 2D).

2. Separando a ponta do labrum dos outros membros do fascículo

  1. Prenda e feche as pontas de um conjunto de pinças de precisão e coloque a ponta da pinça ao lado do labrum perto de sua ponta.
  2. Use a ponta da pinça para aplicar uma força suave no lábio na direção perpendicular ao comprimento do fascículo (Figura 3A).
  3. Continue empurrando o labrum pela lâmina de vidro até que a separação do labrum dos outros membros do fascículo seja alcançada.
  4. Inspecione a amostra ao microscópio para verificar se a separação adequada entre o labrum e outros membros do fascículo foi alcançada (Figura 3, à esquerda). Se a separação não for bem-sucedida, consulte a etapa 2.1.

3. Cortando a ponta do labrum

  1. Enquanto o labrum ainda está na lâmina de vidro, coloque uma lâmina de bisturi sobre o labrum a aproximadamente ~ 200 μm de distância da ponta do labrum ( Figura 4A ). Aplique suavemente pressão suficiente e corte a ponta do labrum até o fim. Embora a ponta do labrum deva ser idealmente a mais curta possível, ~ 200 μm é o melhor que a abordagem atual pode suportar.
  2. Meça o comprimento do labrum cortado para garantir que não seja superior a 300 μm (Figura 4B) usando qualquer software de medição digital. Nesse protocolo, foi utilizado o ImageJ14.

4. Agarrando a ponta do labrum

  1. Com uma pinça de precisão, localize e isole a ponta do labrum na lâmina de vidro. Descarte todas as partes restantes na lâmina de vidro, exceto a ponta do labrum.
  2. Com a mesma pinça de precisão, aperte lenta e levemente o labrum para que a extremidade cortada fique livre e desobstruída pelas pinças. Além disso, certifique-se de que a orientação do labrum esteja paralela à direção do comprimento da pinça e que a extremidade cortada do labrum esteja apontando para longe do corpo da pinça.
  3. Assim que a amostra estiver firmemente presa, remova a força de fixação que prende as pontas das pinças. A ponta do labrum grudará em uma das pontas da pinça.
  4. Sob um microscópio, inspecione as pontas das pinças e certifique-se de que a ponta do labrum esteja presente em uma das pontas das pinças (Figura 5). Se a ponta do labrum não estiver na pinça, consulte a etapa 4.2 e, se a ponta do labrum não estiver na pinça nem na lâmina de vidro, consulte a etapa 1.

5. Aplicação de epóxi na viga cantilever sem ponta

  1. Coloque uma gota (~0,05 mL) de epóxi na borda de uma nova lâmina de vidro, fundindo diretamente o adesivo de seu frasco/recipiente original. Coloque a corrediça de vidro contendo epóxi sob a estação de sonda e concentre-se nela.
  2. Monte o modilhão sem ponta do AFM ao conjunto da braçadeira fixando a base (isto é, a extremidade maior), deixando a extremidade do modilhão livre e suspendida no espaço. Certifique-se de que a parte inferior do cantilever AFM esteja voltada para baixo.
  3. Monte o manipulador na estação de sonda.
  4. Levante o eixo Z do manipulador para uma posição em que o cantilever sem ponta esteja alguns milímetros acima da corrediça de vidro contendo epóxi.
  5. Mova manualmente o manipulador de forma que o cantilever sem ponta seja visível no campo view da câmera na estação de sonda.
  6. Usando o manipulador, mova o modilhão AFM ao longo das direções X e Y até que a ponta do cantilever esteja descansando diretamente acima do epóxi na borda da corrediça de vidro.
  7. Usando o manipulador novamente, abaixe lentamente o cantilever sem ponta na direção Z sobre a borda da lâmina de vidro.
  8. À medida que o cantilever é abaixado e se aproxima da corrediça de vidro, continue abaixando o cantilever muito lentamente até que ele toque primeiro no epóxi. Não baixe mais o cantilever.
  9. Com cuidado, engate o manipulador para mover lentamente o cantilever na direção X ou Y e remova o cantilever da poça de epóxi movendo continuamente o cantilever na direção selecionada até que o cantilever esteja totalmente separado do epóxi na corrediça de vidro. O cantilever sem ponta deve ter uma bolha em miniatura de epóxi em sua ponta, visível sob a estação de sonda.
  10. Levante o cantilever na direção Z usando o manipulador.

6. Colagem da ponta do labrum à viga cantilever sem ponta

  1. Gire o manipulador em torno do eixo longo do balanço em 90 graus e apoie o manipulador na estação de sonda de lado. Nesta configuração, as espessuras ao longo do comprimento do modilhão do AFM estão no sentido vertical.
  2. Posicione as pinças de precisão que contêm a ponta do labrum sob a câmera da estação de sonda de modo que todo o comprimento da ponta do labrum fique visível no monitor do computador.
  3. Posicione o conjunto do manipulador segurando o grampo e o cantilever sem ponta sob a câmera da estação de sonda de modo que todo o comprimento do cantilever sem ponta fique visível no monitor do computador.
  4. Concentre o microscópio da estação de sonda na ponta do labrum e no balanço sem ponta.
  5. Oriente o cantilever perpendicularmente à ponta do labrum girando cuidadosa e manualmente o manipulador (Figura 6A).
  6. Usando os graus de liberdade do manipulador, mova lentamente o cantilever sem ponta nas direções XY de modo que a cola no cantilever entre em contato com a extremidade cortada da ponta do labrum (Figura 6B).
  7. Cure o epóxi, solidificando a interseção entre o cantilever e o labrum do mosquito.
  8. Uma vez que o epóxi tenha curado, engate suavemente o manipulador nas direções XY e afaste o cantilever das pinças, verificando se a ponta do labrum está agora apoiada na viga cantilever sem ponta (Figura 6C).

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Representative Results

As imagens da microscopia eletrônica da exploração (SEM) da ponta de prova bio-híbrida fabricada do AFM podem ser encontradas na figura 7. A extremidade do labrum foi colada com sucesso à viga cantilever sem ponta. Devido à curvatura natural dos ferrões de mosquito e ao funcionamento manual do protocolo apresentado, é extremamente difícil obter um cantilever com uma ponta de ferrão perfeitamente perpendicular ao cantilever. O ângulo descentralizado entre o ferrão e uma linha central imaginária perpendicular ao cantilever é geralmente de ~ 10 graus. Embora pareça um problema comum ao montar uma ponta de prova a um modilhão15 do AFM, a inclinação não intencional deve ser levada em conta ao executar a análise da força/esforço. Seria interessante que estudos futuros se concentrassem no aprimoramento do protocolo de fabricação e na realização de estudos utilizando a sonda bio-híbrida. Esta é a primeira tentativa de fazer uma ponta de prova bio-híbrida do AFM usando o ferrão de um inseto.

Figure 1
Figura 1: Esquema da tromba de um mosquito. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 2
Figura 2: Remoção do lábio de uma tromba de mosquito. (A) Um mosquito com uma tromba cheia mostrando a presença da ponta cônica intacta. (B) A localização da incisão do lábio e a colocação da pinça no lábio durante o processo de remoção do lábio. (C) A direção da pinça puxando durante a remoção do lábio. (D) O fascículo dissecado final com uma ponta intacta após a remoção do lábio, com a ponta do lábio cônica ainda presente e intacta. Barras de escala: 200 μm. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 3
Figura 3: Separação do labrum dos membros indesejados do fascículo . (A) Localização da colocação da pinça e direção do empurrão da pinça como técnica para separar os membros do fascículo da probóscide. (B) Probóscide após ser manipulada para separar o labrum de outros membros do fascículo. Barras de escala: 200 μm. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 4
Figura 4: Isolamento da ponta do labrum desejada para montagem no cantilever do AFM. (A) A localização da incisão do labrum para a remoção da ponta do labrum. Barra de escala: 200 μm. (B) A ponta do lábio, uma vez cortada do corpo do lábio, mede aproximadamente 200-300 μm de comprimento. Barra de escala: 50 μm. Clique aqui para ver uma versão ampliada desta figura.

Figure 5
Figura 5: Montagem da ponta do labrum em uma pinça antes do processo de colagem. A ponta do labrum grudou na ponta de uma das pinças, com a extremidade não cortada do labrum livre e apontando para longe do corpo da pinça. Barra de escala: 200 μm. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 6
Figura 6: Sequência para montagem da ponta do labrum no balanço sem ponta. (A) Orientação do cantilever sem ponta em uma posição perpendicular em relação ao labrum. (B) Fusão do cantilever sem ponta com o labrum e cura do adesivo epóxi usado para solidificar a junta entre os dois componentes. (C) A ponta de prova bio-híbrida curada final do AFM sem que o labrum seja apoiado pela pinça. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 7
Figura 7: Imagens SEM da sonda AFM bio-híbrida. (A) Uma visão global da ponta do labrum e do cantilever sem ponta. Barra de escala: 200 μm. (B) Uma visão ampliada da ponta do lábio. Barra de escala: 50 μm. Clique aqui para ver uma versão ampliada desta figura.

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Discussion

A etapa 1 do protocolo destina-se a limpar a amostra biológica do lábio indesejado. Para isso, é feita uma incisão no lábio, mas não no fascículo, que repousa diretamente abaixo do lábio (Figura 1). Como o fascículo e o lábio não estão unidos em sua interface (ou seja, o lábio está livre para deslizar ao longo do fascículo e só é mantido no lugar por sua fixação à cabeça do mosquito), a incisão realizada destina-se a separar parte do lábio da cabeça do mosquito, facilitando assim a remoção da cobertura externa. Como o lábio está sendo retirado da amostra, o técnico deve experimentar uma leve resistência causada pela metade inferior do lábio ainda presa ao mosquito. Espera-se que essa força resistiva seja liberada com relativa facilidade, pois a incisão promoverá a propagação de trincas do material biológico, induzindo assim o segmento não cortado do lábio a rasgar e fazendo com que todo o lábio deslize para fora do fascículo durante a ação de tração. Se uma incisão insuficiente for feita, o técnico pode sentir resistência excessiva durante a tração e é encorajado a tentar outra incisão antes de continuar com o protocolo.

É importante exercitar um toque suave e paciência nas etapas 1 e 4 ao manipular o labrum por meio de pinças com uma pinça. Embora o labrum seja relativamente resistente, ele ainda pode sofrer danos se comprimido pela pinça de forma muito agressiva. O técnico é orientado a beliscar levemente o lábio/lábio, o que significa que ele deve executar a quantidade mínima de força necessária nas pinças para segurar o lábio/lábio. A avaliação da presença de dano pode ser realizada no final da etapa 1 e da etapa 4 ao inspecionar a amostra ao microscópio. É aconselhável inspecionar a tromba em busca de anormalidades ao longo de seu comprimento (ou seja, amassados, rasgos, separações em segmentos). Se houver suspeita de que uma amostra esteja danificada na ponta do labrum, descarte-a e reinicie o protocolo.

As principais etapas do processo do protocolo, como as etapas 3 e 6, requerem cuidados especiais. Para realizar a etapa 3, a ponta do labrum deve ser cortada manualmente com um bisturi. Cortar muito curto tornará o resto do experimento exponencialmente mais difícil porque pode ser muito pequeno para manipular. Pelo contrário, se a ponta exceder 300 μm de comprimento, torna-se muito longa para ser montada no cantilever do AFM devido ao deslocamento perpendicular excessivo que é introduzido entre a ponta do labrum e o cantilever do AFM. Esse deslocamento é impulsionado por imperfeições no processo de montagem e/ou uma curvatura que pode estar presente na amostra, que se tornam problemáticas em comprimentos maiores de lábio. Além disso, os cantilevers com pontas muito longas também serão muito difíceis de usar sob o AFM. Durante a etapa 3, é importante observar que todos os estiletes de fascículo (lábio, maxila, mandíbulas e hipofaringe) provavelmente serão cortados neste procedimento. O labrum será facilmente localizado e isolado dos estiletes restantes na etapa 4 devido à separação manual que foi realizada durante a etapa 2. Na etapa 6, embora seja quase impossível garantir que a ponta esteja perfeitamente normal para o cantilever sob um microscópio óptico, ainda é necessário minimizar o ângulo de inclinação para evitar condições de carga indesejadas no uso futuro.

Também é importante escolher o epóxi certo para a fixação do ferrão ao balanço AFM. Vários epóxis de duas partes de cura lenta foram testados, que mais tarde provaram não ser ideais porque qualquer pequena vibração do chão do laboratório durante o processo de cura pode causar a falha do experimento. Assim, um epóxi curável por UV foi finalmente adotado. O adesivo usado é um epóxi de baixa viscosidade e cura rápida, capaz de curar em 5 s após a exposição aos raios UV. Após a solidificação, a cola torna-se muito rígida e tem excelente resistência, fazendo com que a sonda labrum-cantilever fabricada se comporte como um único corpo e não falhe ou se deforme no local da adesão. Esta opção forneceu bastante tempo antes de curar para ajustar a instalação na posição apropriada para aderir o ferrão ao modilhão do AFM (etapa 6,3) ao eliminar todas as edições relativas às vibrações ambientais devido a seu em-comando que cura o comportamento.

O equipamento crucial restante neste protocolo é a estação de sonda, as pinças afiadas e o cantilever. A estação de sonda utilizada está equipada com uma lente 5x montada na câmera; no entanto, não é essencial usar este modelo exato de estação de sonda para este protocolo. Ao selecionar a estação de sonda, a única prioridade é garantir uma visibilidade clara e fácil do cantilever AFM e do labrum. As pinças afiadas utilizadas tinham um tamanho de ponta de 0,5 mm por 0,1 mm. É imprescindível o uso de pinças desta dimensão de ponta ou similares, pois o uso de pinças com menor finura pode levar a dificuldades durante a manipulação do labrum. O cantilever usado neste protocolo é obtido de uma fonte comercial (ver Tabela de Materiais). Este modelo cantilever foi selecionado devido à sua alta rigidez, uma vez que uma grande força deve ser transferida para a ponta da sonda de mosquito para emular a penetração da pele na vida real. Geralmente, para todas as pontas de prova baseadas ferrão-baseadas, um modilhão do AFM não pode ser demasiado macio porque uma falta da rigidez conduzirá à dobra do modilhão durante o teste do AFM, por sua vez conduzindo a uma falta de desenvolvimento da pressão na ponta da ponta da ponta da ponta da ponta da ponta de referência. Isto fará com que a ponta de prova imexija imprecisamente o processo de picada, assim fazendo os modilhões de AFM sem ponta altamente rígidos uma exigência para este protocolo.

Em resumo, tem benefícios originais usar uma ponta de prova bio-híbrida baseada no ferrão do AFM para estudos mecânicos quantitativos da penetração/mordida comparados a outros métodos que exigem mosquitos vivos e voluntários humanos 4,11,12para realizar estudos similares. A resolução de detecção ultra-alta do AFM pode permitir a medição com precisão sem precedentes, e a sonda bio-híbrida permite uma emulação quase realista de cenários reais de mordida, incorporando um número estatisticamente significativo de medições sem a necessidade de voluntários humanos 4,11,12. Além disso, os materiais usados para fabricar microagulhas projetadas são tipicamente propensos a fraturas ou flambagens 3,4, o que não é representativo da tromba do mosquito. Usar as próprias partes do mosquito se assemelha melhor ao cenário real de picada. Este protocolo pode ser potencialmente desenvolvido e automatizado para produção de alto rendimento. Finalmente, o protocolo desenvolvido poderia ser potencialmente usado para produzir outras pontas de prova bio-híbridas do AFM usando ferrões de animais diferentes para estudos quantitativos de vários comportamentos de mordida/penetração.

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Disclosures

Os autores não têm conflito de interesse a declarar.

Acknowledgments

Os autores reconhecem o apoio financeiro do Fundo de Novas Fronteiras em Pesquisa do Canadá (NFRF), do programa Discovery do Conselho de Pesquisa em Ciências Naturais e Engenharia do Canadá (NSERC) e das bolsas de treinamento de mestrado do Fonds de Recherche du Québec Nature et Technologies (FRQNT). Os autores também gostariam de agradecer ao grupo do Prof. Yaoyao Zhao na McGill por seu suporte técnico na impressão 3D de alguns componentes.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
 5-SA-SE Straight Tapered Ultra Fine-Pointed Tweezers Excelta N/A For manipulating/dissecting the proboscis.
C-4D Probe station Everbeing Int’l Corp  N/A Used for AFM assembly.
Tipless Tapping Mode Cantilever NanoAndMore USA TL-NCH AFM cantilever used for mounting the labrum.
Specs are shown here:

Shape: Beam
Force Constant: 42 N/m (10 - 130 N/m)
Resonance Frequency: 330 kHz (204 - 497 kHz)
Length: 125 µm (115 - 135 µm)
Width: 30 µm (22.5 - 37.5 µm)
Thickness: 4 µm ( 3 - 5 µm)
UV Expoxy Let's resin ALR00146 For stinger attachment.

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. World Health Organization. Global vector control response 2017–2030. World Health Organization. , (2017).
  2. Gurera, D., Bhushan, B., Kumar, N. Lessons from mosquitoes’ painless piercing. J Mech Behav Biomed Mater. 84, 178-187 (2018).
  3. Ma, G., Wu, C. Microneedle, bio-microneedle and bio-inspired microneedle: A review. Journ of Contr Relea. 251, 11-23 (2017).
  4. Kong, X., Wu, C. Micronano structure and mechanics behavior of mosquito’s proboscis biomaterials with applications to microneedle design. Advan Mater Res. 299-300, 376-379 (2011).
  5. Li, A. D. R., Putra, K. B., Chen, L., Montgomery, J. S., Shih, A. Mosquito proboscis-inspired needle insertion to reduce tissue deformation and organ displacement. Sci Rep. 10 (1), 12248 (2020).
  6. Meyer, E., Hug, H. J., Bennewitz, R. Introduction to Scanning Probe Microscopy. Scanning Probe Microscopy. 1, 1-13 (2004).
  7. García, R., Peréz, R. Dynamic atomic force microscopy methods. Surf Sci Rep. 47 (6), 197-301 (2002).
  8. Thurner, P. J. Atomic force microscopy and indentation force measurement of bone. WIREs Nanomed and Nanobio. 1 (6), 624-649 (2009).
  9. Müller, D. J., Dufrêne, Y. F. Atomic force microscopy as a multifunctional molecular toolbox in nanobiotechnology. Nat Nanotech. 3 (5), 261-269 (2008).
  10. Hussain, D., Ahmad, K., Song, J., Xie, H. Advances in the atomic force microscopy for -critical dimension metrology. Meas Sci Technol. 28 (1), 012001 (2017).
  11. Kong, X. Q., Wu, C. W. Mosquito proboscis: An elegant biomicroelectromechanical system. Phys Rev E. 82 (1), 011910 (2010).
  12. Kong, X. Q., Wu, C. W. Measurement and prediction of insertion force for the mosquito. J Bionic Eng. 6 (2), 143-152 (2009).
  13. Ramasubramanian, M. K., Barham, O. M., Swaminathan, V. Mechanics of a mosquito bite with applications to microneedle design. Bioinspir Biomim. 3 (4), 046001 (2008).
  14. Ferreira, T., Rasband, W. ImageJ user guide. , Available from: http://imagej.nih.gov/ij/docs/guide (2012).
  15. Dai, G., et al. Nanoscale surface measurements at sidewalls of nano- and micro-structures. Measur Sci and Technol. 18 (2), 334-341 (2007).

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Ljubich, N. J., Puma, J., Zhang, Z.More

Ljubich, N. J., Puma, J., Zhang, Z. X., Li, J., Cao, C. Development of a Bio-Hybrid Mosquito Stinger-Based Atomic Force Microscopy Probe. J. Vis. Exp. (206), e66675, doi:10.3791/66675 (2024).

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