A microscopia de força atômica de alta velocidade (HS-AFM) é uma técnica de imagem que pode ser usada para visualizar processos biológicos, por exemplo, a atividade de proteínas. Hoje em dia, as taxas de quadros HS-AFM típicas são de até 12 quadros por segundo. Para melhorar as capacidades do método, para que possa ser aplicado a uma gama cada vez maior de amostras biológicas, melhores taxas de vídeo são necessárias, no entanto. Além disso, tempos de gravação mais rápidos implicam em menos interação entre a amostra e a sonda - uma ponta que escaneia a superfície da amostra - tornando o procedimento de imagem menos invasivo. Agora, Shingo Fukuda e Toshio Ando do Nano Life Science Institute (WPI-NanoLSI), A Universidade de Kanazawa desenvolveu uma abordagem alternativa HS-AFM para aumentar a taxa de quadros em até 30 quadros por segundo.

Uma imagem AFM é gerada movendo lateralmente uma ponta logo acima da superfície de uma amostra. Durante este movimento de varredura xy, a posição da ponta na direção perpendicular ao plano xy (a coordenada z) seguirá o perfil de altura da amostra. A variação da coordenada z da ponta produz então um mapa de altura - a imagem da amostra.

Fukuda e Ando trabalharam no HS-AFM no chamado modo de modulação de amplitude. A ponta é então feita para oscilar com uma amplitude definida. Ao escanear uma superfície, a amplitude de oscilação mudará devido às variações de altura na estrutura da amostra. Para voltar à amplitude original, uma correção para a distância ponta-amostra precisa ser feita. O quão grande a correção precisa ser está relacionada à topologia de superfície da amostra, e é ditado pelo chamado erro de controle de feedback da configuração. Os cientistas notaram que o erro de controle de feedback é diferente quando a ponta se move em direções opostas, chamado de rastreamento e reconstituição. Essa diferença se deve, em última análise, às diferentes forças físicas em jogo quando a ponta é 'puxada' (traçando) e quando é 'empurrada' (refazendo).

Com base em seus insights sobre a física dos processos de rastreamento e reconstituição, Fukuda e Ando desenvolveram um regime de imagens que evita o retraçamento. Isso então precisa ser devidamente contabilizado no algoritmo de controle. Os pesquisadores testaram seu modo de imagem de apenas traços em amostras de filamento de actina. (A actina é uma proteína muito comum nas células.) A imagem não foi apenas mais rápida, mas também menos invasivo - os filamentos se rompem com muito menos frequência. Eles também registraram processos de polimerização (por meio de interações proteína-proteína); novamente, descobriu-se que o método é mais rápido e menos perturbador em comparação com a operação padrão de rastreamento-retrocesso de AFM.

Os cientistas estão confiantes de que seu "método simples e altamente eficaz será instalado em breve nos sistemas HS-AFM existentes e futuros, e irá melhorar uma ampla gama de estudos de imagem HS-AFM em biofísica e outros campos. "