Microscópio de força atômica agora faz imagens 3D

Redação do Site Inovação Tecnológica - 29/07/2024

Mapa tridimensional de microscopia de força atômica, revelando sua capacidade de gerar imagens de amostras flexíveis suspensas acima de um padrão regular de pontos de tamanho nanométrico.
[Imagem: Mohammad Shahidul Alam et al. - 10.1002/smtd.202400287]

Microscópio de Força Atômica

A microscopia de força atômica (AFM: Atomic Force Microscope) foi originalmente inventada para visualizar superfícies com resolução em nanoescala. Seu princípio básico de funcionamento é mover uma ponta ultrafina sobre a superfície de uma amostra. Durante este movimento de varredura xy, a posição da ponta na direção perpendicular ao plano xy segue o perfil da altura da amostra, resultando em um mapa de altura da superfície, revelando os átomos individuais como pequenas saliências.

Nos últimos anos, têm sido exploradas formas de estender o método para capturar imagens tridimensionais (3D), com pesquisadores da Universidade de Kanazawa, no Japão, relatando experimentos pioneiros com células vivas. No entanto, para que os microscópios AFM-3D evoluam para uma técnica amplamente aplicável para a visualização de estruturas moleculares flexíveis, é necessária uma compreensão completa dos mecanismos de imagem. Em termos mais simples, já até conseguimos ver as "coisas", mas ainda não sabemos interpretar o que é cada detalhe capturado durante o imageamento.

Para avançar esse conhecimento, Takeshi Fukuma e seus colegas realizaram um estudo detalhado de uma amostra flexível especialmente projetada, que trouxe informações essenciais sobre a base teórica e a interpretação dos dados AFM-3D.

Usando ferramentas de microfabricação, os cientistas criaram uma amostra composta por uma fibra de nanotubo de carbono apoiada em pilares de platina, que por sua vez foram posicionados sobre um substrato de silício. Um nanotubo de carbono é uma estrutura que pode ser considerada uma folha de carbono enrolada com a espessura de um átomo. A porção independente do nanotubo tem cerca de 2 micrômetros de comprimento.

A estrutura inteira foi imersa em água, já que muitos sistemas biomoleculares 3D de interesse ocorrem em ambientes líquidos.

Não é suficiente ver; é necessário entender o que está sendo visto.
[Imagem: Mohammad Shahidul Alam et al. - 10.1002/smtd.202400287]

Modo dinâmico

A equipe realizou experimentos AFM-3D em dois modos diferentes.

No modo estático, a nanoponta é abaixada verticalmente em direção à amostra. Quando a ponta entra em contato com a fibra do nanotubo suspensa, esta é empurrada para o lado e dobra conforme a sonda continua descendo. No modo dinâmico, a ponta, que está presa a um braço oscilante, vibra em uma frequência de ressonância conforme é abaixada.

Ao analisar como a força experimentada pela ponta muda em função da profundidade da ponta, os pesquisadores concluíram que o atrito entre a ponta e a amostra é muito maior no modo estático do que no modo dinâmico. Este último é, portanto, o modo ideal de operação, já que menos atrito significa que é menos provável que danos sejam induzidos à amostra.

O nanotubo suspenso se desloca lateralmente, e a ponta vibrando continuamente (no modo dinâmico) resulta em forças mais fracas experimentadas pela amostra, dificultando uma forte adesão da ponta a ela. O mapa 3D reconstruído do volume digitalizado mostrou claramente a fibra de carbono e os pontos abaixo dela, destacando a capacidade do AFM-3D de gerar imagens de nanoestruturas sobrepostas verticalmente.

Estas descobertas mostram que o AFM pode ser aplicado para visualizar estruturas 3D flexíveis. "Os avanços feitos neste estudo podem potencialmente levar a uma análise AFM mais detalhada e precisa de vários sistemas biológicos 3D, como células, organelas, cromossomos e vesículas," escreveu a equipe.

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