p Pesquisadores do Instituto Beckman de Ciência e Tecnologia Avançada desenvolveram um novo método para melhorar a capacidade de detecção de imagens químicas em nanoescala usando microscopia de força atômica. Essas melhorias reduzem o ruído associado ao microscópio, aumentando a precisão e a gama de amostras que podem ser estudadas. p O estudo "Closed-Loop Atomic Force Microscopy-Infrared Spectroscopic Characterization" foi publicado em Nature Communications .

p A microscopia de força atômica é usada para escanear as superfícies dos materiais para gerar uma imagem de sua altura, mas a técnica não consegue identificar facilmente a composição molecular. Os pesquisadores desenvolveram anteriormente uma combinação de AFM e espectroscopia infravermelha chamada AFM-IR. O microscópio AFM-IR usa um cantilever, que é uma viga que está conectada a um suporte em uma extremidade e uma ponta afiada na outra, para medir movimentos sutis da amostra introduzida pelo brilho de um laser infravermelho. A absorção de luz pela amostra faz com que ela se expanda e desvie o cantilever, gerar um sinal IR.

p "Embora a técnica seja amplamente utilizada, há um limite para seu desempenho, "disse Rohit Bhargava, um professor fundador de engenharia e diretor do Cancer Center da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign. "O problema é que havia fontes desconhecidas de ruído que limitavam a qualidade dos dados."

p Os pesquisadores criaram um modelo teórico para entender como o instrumento funciona e, portanto, identificar as fontes de ruído. Adicionalmente, eles desenvolveram uma nova maneira de detectar o sinal IR com maior precisão.

p "A deflexão do cantilever é suscetível a ruído que se torna pior à medida que a deflexão aumenta, "disse Seth Kenkel, um estudante de pós-graduação no Laboratório de Imagens e Estruturas Químicas, que é liderado por Bhargava. "Em vez de detectar a deflexão do cantilever, usamos um componente piezo como um estágio para manter a deflexão zero. Ao aplicar uma voltagem ao material piezoelétrico, podemos manter uma pequena deflexão com baixo ruído enquanto registramos a mesma informação química que agora está codificada na voltagem piezo. "

p Em vez de mover o cantilever, os pesquisadores usam o movimento do cristal piezoelétrico para registrar o sinal infravermelho. "Esta é a primeira vez que alguém controla um atuador piezoelétrico para detectar o sinal. Outros pesquisadores contornam desafios como o ruído usando sistemas de detecção mais complexos que não abordam os problemas subjacentes associados ao AFM-IR, "Kenkel disse.

p "As pessoas só conseguiram usar essa técnica para medir amostras que têm um sinal forte por causa do problema de ruído, "Bhargava disse." Com a sensibilidade aprimorada, podemos imaginar um volume muito menor de amostras, como membranas celulares. "

p Além de medir amostras mais diversas, os pesquisadores também esperam usar essa técnica para medir volumes de amostra menores. "Poderíamos usar essa técnica para observar misturas complexas que estão presentes em pequenos volumes, como uma única bicamada lipídica, "Bhargava disse.

p "A nova técnica desenvolvida pelo laboratório Bhargava é empolgante. Nosso grupo está interessado em usar essa técnica imediatamente para aprender sobre a deformação de proteínas em superfícies complexas, "disse Catherine Murphy, o chefe do Departamento de Química e a Cátedra Dotada de Larry Faulkner em Química.