მაღალსიჩქარიანი ატომურ-ძალური მიკროსკოპია (HS-AFM) წარმოადგენს გამოსახულების ტექნიკას, რომლის გამოყენება შესაძლებელია ბიოლოგიური პროცესების ვიზუალიზაციისთვის, მაგალითად, ცილების აქტივობის შესასწავლად. დღესდღეობით, ტიპიური HS-AFM-ს სიჩქარე წამში 12 კადრია. მეთოდის შესაძლებლობების გასაუმჯობესებლად, რათა ის გამოყენებულ იქნას ბიოლოგიურ ნიმუშების სულ უფრო ფართო სპექტრისთვის, საჭიროა უკეთესი ვიდეო მაჩვენებლები. გარდა ამისა, სწრაფი ჩაწერა ასევე გულისხმობს ნიმუშის ნაკლებ ურთიერთქმედებას სკანერის წვეროსთან, რაც გამოსახულების მიღების პროცედურას ნაკლებად ინვაზიურს ხდის. კანაზავას უნივერსიტეტის (იაპონია) მკვლევარებმა Shingo Fukuda-მ და Toshio Ando-მ შეიმუშავეს ალტერნატიული HS-AFM მიდგომა, რათა სკანირების სიჩქარე გაეზარდათ 30 კადრამდე წამში.

ატომურ-ძალური მიკროსკოპის (AFM) სურათი წარმოიქმნება სკანერის წვეროს გადაადგილებით ნიმუშის ზედაპირის გასწვრივ. სკანერის x-y სიბრტყეში მოძრაობის დროს მისი წვერო მოძრაობს ამ სიბრტყის პერპენდიკულარული მიმართულებით (z კოორდინატი) და გვაძლევს ნიმუშის სიმაღლის პროფილს, ანუ ნიმუშის გამოსახულებას.

Fukuda და Ando იყენებდნენ HS-AFM-ს ე. წ. ამპლიტუდის მოდულაციის რეჟიმს, როცა სკანერის წვერო ასრულებს განსაზღვრული ამპლიტუდის რხევებს. ზედაპირის სკანირებისას, ამ რხევების ამპლიტუდა იცვლება ნიმუშის სტრუქტურის სიმაღლის ვარიაციების გამო. თავდაპირველ ამპლიტუდაში დასაბრუნებლად საჭიროა წვერო-ნიმუშის შორის მანძილის კორექცია, რომლის სიდიდე დამოკიდებულია ნიმუშის ზედაპირის ტოპოლოგიასთან და განისაზღვრება ე. წ. უკუკავშირის კონტროლის შეცდომით. მეცნიერებმა აღნიშნეს, რომ უკუკავშირის კონტროლის შეცდომა განსხვავებულია, როდესაც წვერი მოძრაობს ურთიერთ საპირისპირო მიმართულებებით. ეს სხვაობა განპირობებულია სხვადასხვა ტიპის ფიზიკური ძალების მოქმედებით, როდესაც სკანერის წვერო ზედაპირს აწვება და როდესაც იგი უბრუნდება საწყის მდგომარეობას.

ამ პროცესების ფიზიკური ანალიზის საფუძველზე, Fukuda-მ და Ando-მ შეიმუშავეს გამოსახულების მიღების რეჟიმი, რომელიც არ მოითხოვს წვეროს უკან დაბრუნებას. ამის გამო საჭირო გახდა კონტროლის ალგორითმში ცვლილებების შეტანა. მკვლევარებმა შეამოწმეს მათი გამოსახულების მიღების რეჟიმი უჯრედებში ძალაინ გავრცელებული გლობალური ცილის, აქტინის ფილამენტებისთვის (აქტინის სუბ-ერთეულების დაგრეხილი ორმაგი ჯაჭვი). გამოსახვა არა მხოლოდ უფრო სწრაფი, არამედ ნაკლებად ინვაზიურიც იყო - ფილამენტები გაცილებით იშვიათად იშლებოდნენ. მათ ასევე ჩაწერეს პოლიმერიზაციის პროცესები ცილა-ცილის ურთიერთქმედების საშუალებით. აქაც გამოჩნდა, რომ სტანდარტული AFM-თან შედარებით მეთოდი უფრო სწრაფი და ნაკლებად დამაზიანებელია.

მეცნიერები დარწმუნებულნი არიან, რომ მათი "მარტივი და უაღრესად ეფექტური მეთოდი მალე დაინსტალირდება არსებულ და მომავალ HS-AFM სისტემებში და გააუმჯობესებს HS-AFM ვიზუალიზაციის კვლევების ფართო სპექტრს ბიოფიზიკაში და სხვა დარგებში."

წყარო:
https://phys.org/...izing.html