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Flex-Bio生物型原子力顯微鏡

Nanosurf Flex-Bio產(chǎn)品主要特點(diǎn):用于生命科學(xué)研究的技術(shù)與應用打開(kāi)了全新領(lǐng)域的可能性的新型設計開(kāi)發(fā)所有實(shí)踐細節真正關(guān)系日常使用需求

  • 品牌:瑞士Nanosurf
  • 型號:Flex-Bio

Nanosurf Flex-Bio生物型原子力顯微鏡

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結合多功能和高性能的生命科學(xué)用AFM

生命科學(xué)研究的一個(gè)關(guān)鍵成功因素是融合多種分析技術(shù)。使用Nanosurf的Flex-Bio,您可以將此系統的液體AFM成像、光譜學(xué)和納米操作能力與倒置顯微鏡的高端光學(xué)技術(shù)結合起來(lái)。

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生命科學(xué)研究的超靈活系統設計

Flex-Bio配備了手動(dòng)和電動(dòng)移動(dòng)臺,可以在蔡司、奧林巴斯、尼康和徠卡倒置顯微鏡上或獨立平臺上無(wú)縫集成。在倒置顯微鏡下,光學(xué)和AFM數據可以相互關(guān)聯(lián),如圖所示為人類(lèi)視網(wǎng)膜內界膜(ILM)。

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(A)生理緩沖液中分離的ILM的明視野圖像。(B)顯示抗層粘連蛋白染色的相同切片的熒光圖像。(C)ILM截圖的AFM形貌圖;也在B中顯示為疊加的方塊截圖.(D)相同截圖的AFM剛度分布。每個(gè)點(diǎn)的顏色表示由在各個(gè)位置記錄的力曲線(xiàn)計算的局部剛度值。 (E)D中所示的剛度數據的直方圖。(F)在ILM和玻璃基板上獲得的典型的力-位移曲線(xiàn)。這些曲線(xiàn)將轉換為力 - 壓痕數據,然后可以計算剛度。生物組織的剛度分布已被證明是諸如年齡相關(guān)性黃斑變性、關(guān)節炎和癌癥等疾病的標志物。數據提供:Marko Loparic,Marija Plodinec,Philip Oertle和Paul B. Henrich,Biozentrum / SNI / UHBS,瑞士巴塞爾大學(xué)

模塊化平臺,懸臂基座和相應軟件的概念讓系統可以輕松升級,以獲得生命科學(xué)和材料研究中的許多新可能性。 比如Flex-FPM 用于細胞和納米操作,Flex-ANA用于自動(dòng)納米力學(xué)分析。此外,最初為Flex-Axiom系統開(kāi)發(fā)的高級模式,如MFM和KPFM,也可用于Flex-Bio。對于不需要從下方進(jìn)行光學(xué)訪(fǎng)問(wèn)的測量,例如對于像細菌視紫紅質(zhì)這樣的樣品的成像和光譜,使用一個(gè)獨立移動(dòng)臺兼容于Flex-Bio和Nanosurf Isostage隔振臺和AE300隔聲罩,則系統通常更加緊湊好用。

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(A)一個(gè)帶有獨立移動(dòng)臺,隔振臺和隔聲罩的Flex-Bio系統。(B)2D細菌視紫紅質(zhì)晶體[140 nm 掃描范圍]。 (C)B的功率譜,顯示出遠超過(guò)1nm的橫向分辨率[虛線(xiàn)圓圈]。(D)細菌視紫紅質(zhì)晶體的單分子力譜。


在日常使用中真正重要的實(shí)用細節

帶有對齊結構的懸臂基座可與包含對齊槽的懸臂一起使用。這提供了微米級重定位精度,避免了激光對準,并允許您一次又一次地找到相同的樣本特征。懸臂從上到下進(jìn)入圖像,因此無(wú)論您是通過(guò)眼睛,CCD相機還是AFM(以默認掃描角度掃描),樣品方向始終相同。











對準芯片技術(shù)







獨立移動(dòng)臺的頂視圖










倒置顯微鏡的頂視圖, 圖片提供: O. Guilaume-Gentil, 瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院


Flex-Bio 成像模式

以下描述為儀器所具備的模式。某些模式可能需要其他組件或軟件選項。詳情請瀏覽宣傳冊或直接聯(lián)系我們。

標準成像模式

靜態(tài)力模式
橫向力模式
動(dòng)態(tài)力模式 (輕敲模式)
相成像模式


熱成像模式

熱掃描顯微 (SThM)
 


磁性能

磁力顯微


電性能

導電探針 AFM (C-AFM)
壓電力顯微 (PFM)
靜電力顯微 (EFM)
開(kāi)爾文探針力顯微鏡(KPFM)
掃描擴散電阻顯微 (SSRM)
 


機械性能

力調制

剛度和模量
力譜
力映射


其他機械模式

刻蝕和納米操作
電化學(xué) AFM (EC-AFM)




Flex-Bio 應用示例

I型膠原纖維的成像

膠原蛋白是哺乳動(dòng)物中含量最豐富的蛋白質(zhì),占全身蛋白質(zhì)含量的25%以上。它是結締組織細胞外基質(zhì)的主要結構蛋白,為肌腱和骨骼提供抗拉強度。在哺乳動(dòng)物中發(fā)現的大多數膠原蛋白是纖維狀的I型膠原蛋白。I型膠原纖維顯示典型的周期性形態(tài),即所謂的D-帶。D-帶是由各個(gè)膠原分子的交錯自組裝形成較大的原纖維,周期為約67nm。 來(lái)自ETHZürich的Snedeker教授的研究小組記錄了來(lái)自大鼠肌腱的膠原纖維的圖像。Snedeker教授的研究領(lǐng)域之一是肌腱力學(xué)和生物學(xué)














幾種I型膠原纖維的3D AFM形貌














I型膠原纖維的AFM形貌圖














與地形圖像一起記錄的 AFM 偏轉圖像。


AFM形貌3D圖很好地顯示了所有原纖維上I型膠原的典型周期性D帶。使用Nanosensors PPP-XYCONTR懸臂以靜態(tài)模式記錄膠原蛋白的形貌。AFM圖像處理采用的是Nanosurf報告軟件。膠原纖維的制備和成像由瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院生物力學(xué)研究所的Uniklinik Balgrist的Snedeker教授研究小組的Massimo Bagnani進(jìn)行。



對活培養細胞的測量

力學(xué)生物學(xué)是一個(gè)新興的研究領(lǐng)域,涉及改變物理力或改變細胞和組織的力學(xué)特性的效果。一些疾病,例如纖維化和動(dòng)脈粥樣硬化與組織硬度的變化有關(guān)。此外,在癌癥中,癌細胞的轉移潛力取決于它們的彈性模量。
下圖使用了Nanosurf Flex-Bio系統和Flex-ANA軟件測量了人乳腺基底上皮細胞系活細胞的彈性模量。

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彈性模量分布

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來(lái)自力映射的未受干擾的細胞形貌

第一幅圖像顯示在浸入細胞培養基中的活乳腺上皮細胞上記錄的彈性模量(以kPa計)??梢郧宄赜^(guān)察到細胞內彈性模量的差異。細胞周?chē)陌祬^源自更硬的細胞培養皿基質(zhì)。
第二幅圖像顯示了從力映射數據中提取的未受干擾的細胞形貌。根據每條力曲線(xiàn)的接觸點(diǎn)確定形貌,從而顯示零施加力下的細胞形貌。

映射到3D形貌的彈性模量

彈性模量分布


彈性模量數據映射到3D形貌,可以將兩個(gè)通道的信息關(guān)聯(lián)起來(lái)。使用Gwyddion軟件生成三維圖像。 

最后一張圖顯示了從納米力學(xué)力映射實(shí)驗中提取的彈性模量分布。模量較低時(shí)的峰值對應于細胞的剛度。右邊的峰來(lái)自細胞培養基質(zhì),并顯示出高得多的彈性模量。

AFM 數據提供 Philipp Oertle, 巴塞爾大學(xué)生物學(xué)中心



細菌視紫紅質(zhì)的單分子力譜

下面的力-距離曲線(xiàn)報告了單個(gè)細菌視紫紅質(zhì)(BR)膜蛋白從其自然環(huán)境中(即鹽黃桿菌紫色膜)的受控C端的展開(kāi)。

實(shí)線(xiàn)和虛線(xiàn)分別表示展開(kāi)BR時(shí)觀(guān)察到的主展開(kāi)峰和次展開(kāi)峰對應的WLC曲線(xiàn)。主展開(kāi)峰的拉伸多肽的輪廓長(cháng)度用氨基酸(aa)表示。

br-unfolding-curves-300.jpg細菌視紫紅質(zhì)的單分子力譜

本實(shí)驗使用了FlexAFM掃描頭(10-μm;版本3)結合C3000控制器和標稱(chēng)彈簧常數為0.1N / m的懸臂(Uniqprobe, qp-CONT, Nanosensors)記錄數據。
































系統參數

FlexAFM NIR 掃描頭參數NIR 110-μmNIR 10-μm
激光類(lèi)別 (波長(cháng))1M 類(lèi)激光產(chǎn)品 (850 nm)
最大培養皿高度(液位)9 mm (6 mm)
手動(dòng)趨近范圍30 mm
自動(dòng)趨近范圍1.1 mm
最大掃描范圍100 μm(1)10 μm(1)
最大Z-范圍10 μm(2)3 μm(1)
驅動(dòng)分辨率 XY0.006 nm(3)0.0006 nm(3)
驅動(dòng)分辨率 Z0.0006 nm(3)0.0002 nm(3)
XY-線(xiàn)性平均誤差< 0.1 %
最大掃描范圍內的XY平坦度典型值 5 nm典型值 1 nm
Z-測量噪聲水平 (RMS, 空氣中的動(dòng)態(tài)模式)典型值 0.03 nm
掃描頭尺寸143 x 158 x 53 mm
掃描頭重量1.25 kg
(1) 制造公差 ± 5%
(2) 制造公差 ± 10%
(3) 最大理論分辨率,通過(guò)將最大范圍除以24位來(lái)計算
C3000 控制器 — 核心硬件參數  
X/Y/Z-軸掃描和位置控制器3× 24-bit DAC (200 kHz)
X/Y/Z-軸位置測量3× 24-bit ADC (200 kHz)
激勵和調制輸出4× 16-bit DAC (20 MHz)
模擬信號輸入帶寬0–5 MHz
主輸入信號捕獲2× 16-bit ADC (20 MHz)
2× 24-bit ADC (200 kHz)
附加用戶(hù)信號輸出3× 24-bit DAC (200 kHz)
附加用戶(hù)信號輸入3× 24-bit ADC (200 kHz)
附加監控信號輸出2× 24-bit ADC (200 kHz)
數字同步2× 數字輸出, 2× 數字輸入, 2× I2C 總線(xiàn)
FPGA 模塊和嵌入式處理器ALTERA FPGA,
32-bit NIOS-CPU,
80 MHz, 256 MB RAM,
多任務(wù)操作系統
通訊USB 2.0 高速連接到PC和掃描頭接口
系統時(shí)鐘內部夸脫(10 MHz)或外部時(shí)鐘
P電源90–240 V AC, 70 W, 50/60Hz

掃描頭尺寸

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選項和附件

Flex-Bio系統的核心是FlexAFM掃描頭和帶有I100接口框的C3000控制器。最重要的是,它提供了多種選項和附件,皆旨在提供穩定可靠的結果,或為這種生物AFM提供新的測量和實(shí)驗的可能性。


帶有加熱選項的蓋滑座
由多個(gè)倒置顯微鏡供應商和生命成像服務(wù)(LIS)提供的環(huán)境控制單元支持在對您的細胞有利的條件下進(jìn)行AFM細胞成像
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隔振

使用Halcyonics_i4進(jìn)行無(wú)振動(dòng)測量

  • 最先進(jìn)的主動(dòng)隔振系統

  • 最理想地隔絕建筑物振動(dòng)和其它干擾

  • 低碳設計,簡(jiǎn)易且方便地操作

  • 隔離效果從0.6 Hz開(kāi)始,在10 Hz時(shí)可達最大性能-40 dB,其時(shí)99.0%的振動(dòng)被隔離。









隔音罩

防止空氣噪音

  • 保護您的設備免受空調,通風(fēng),門(mén)砰擊等空氣噪聲的影響。

  • 使您能夠使用Flex-Bio進(jìn)行不受干擾的實(shí)驗。









Isostage 300

使用Nanosurf Isostage可達無(wú)振測量.需加適配器。僅適用于無(wú)倒置顯微鏡的情況。










Isostage 轉接板

  • FlexAFM 帶樣品基座的樣品臺

  • 直徑為120mm樣品板

  • 適合Isostage 300











Flex-ANA 升級

納米力學(xué)組織診斷和軟材料分析

  • 在粗糙和非均勻表面上進(jìn)行全自動(dòng)測量

  • 組織和軟材料的定量分析

  • 快速,客觀(guān)和常規的樣本分類(lèi)










FluidFM? 升級

一種使微操作單細胞和其他小物體,表面和 組織成為可能的技術(shù)。

  • 通過(guò)空心懸臂結合Nanosurf FlexAFM的位置精度和力控制達到納米流控

  • 專(zhuān)用應用模塊,適用于不同的應用,如注射,取放,粘附力光譜,彈性測量和定位

  • 適用于獨立的裝置和裝在倒置顯微鏡上


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