МНОГОМОДОВЫЙ СКАНИРУЮЩИЙ МИКРОСКОП ИОННОЙ ПРОВОДИМОСТИ С СИСТЕМОЙ ПЬЕЗОИНЕРЦИАЛЬНОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ

Автор: М. В. Жуков, С. Ю. Лукашенко, И. Д. Сапожников, М. Л. Фельштын, О. М. Горбенко, С. В. Пичахчи, А. О. Голубок

Журнал: Научное приборостроение @nauchnoe-priborostroenie

Статья в выпуске: 4 т.32, 2022 года.

Бесплатный доступ

Разработан сканирующий микроскоп ионной проводимости (СМИП) с системой пьезоинерциального перемещения, работающий в нескольких модах: режиме постоянного тока, режиме модуляции тока и прыжковом режиме (hopping). Созданы и протестированы нанозонды в виде стеклянных нанопипеток с внутренним радиусом r ~ 50 нм. Измерены вольт-амперные характеристики I(V) и зависимости тока от расстояния между зондом и образцом I(z) (кривые подвода/отвода). Получены изображения полимерного тестового объекта с периодической структурой и биологического объекта (CHO клетка), проведена оценка их качества, обсуждаются особенности работы СМИП в различных режимах. Многомодовый СМИП обеспечивает неразрушающую бесконтактную визуализацию мягких объектов в жидкой проводящей среде с нанометровым пространственным разрешением в различных измерительных режимах и может быть использован в биологии, цитологии, электрохимии и медицине при изучении неорганических мягких объектов, биологических объектов в буферных средах и т.п.

Еще

Сканирующая зондовая микроскопия, сканирующий микроскоп ионной проводимости, нанопипетка, зонд, электролит, ионная проводимость

Короткий адрес: https://sciup.org/142235507

IDR: 142235507 | DOI: 10.18358/np-32-4-i6887

Список литературы МНОГОМОДОВЫЙ СКАНИРУЮЩИЙ МИКРОСКОП ИОННОЙ ПРОВОДИМОСТИ С СИСТЕМОЙ ПЬЕЗОИНЕРЦИАЛЬНОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ

1. Hansma P.K., Drake B., Marti O., Gould S.A., Prater C.B. The scanning ion-conductance microscope // Science. 1989. Vol. 243, is. 4891. P. 641–643. DOI: 10.1126/science.2464851
2. Happel P., Dietzel I.D. Backstep scanning ion conductance microscopy as a tool for long term investigation of single living cells // J. Nanobiotechnol. 2009. Vol. 7, no. 7. DOI: 10.1186/1477-3155-7-7
3. Morris C.A., Chen C.-C., Baker L.A. Transport of redox probes through single pores measured by scanning electrochemical-scanning ion conductance microscopy (SECM-SICM) // Analyst. 2012. Vol. 137, no. 13. P. 2933–2938. DOI: 10.1039/C2AN16178H
4. Zhang P., Aydemir N., Alkaisi M., Williams D.E., TravasSejdic J. Direct writing and characterization of threedimensional conducting polymer PEDOT arrays // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2018. Vol. 10, no. 14. P. 11888–11895. DOI: 10.1021/acsami.8b02289
5. Pellegrino M., Orsini P., Pellegrini M., Baschieri P., Dinelli F., Petracchi D., Tognoni E., Ascoli C. Integrated SICM-AFM-optical microscope to measure forces due to hydrostatic pressure applied to a pipette // Micro & Nano Lett. 2012. Vol. 7, no. 4. P. 317–320. DOI: 10.1049/mnl.2011.0670
6. Zhukov M.V., Sapozhnikov I.D., Golubok A.O., Chubinskiy-Nadezhdin V.I., Komissarenko F.E., Lukashenko S.Y. Scanning ion-conductance and atomic force microscope with specialized sphere-shaped nanopippettes. // J. Phys.: Conf. Ser. 2017. Vol. 917. Id. 042022.
7. Page A., Perry D., Unwin P.R. Multifunctional scanning ion conductance microscopy // Proc. R. Soc. A. 2017. Vol. 473, is. 2200. DOI: 10.1098/rspa.2016.0889
8. Novak P., Li Ch., A. I., Shevchuk Yuri, Korchev E. Nanoscale live-cell imaging using hopping probe ion conductance microscopy // Nature methods. 2009. Vol. 6, no. 4. P. 279–281.
9. Sa N., Baker L.A. Experiment and Simulation of Ion Transport through Nanopipettes of Well-Defined Conical Geometry // Journal of The Electrochemical Society. 2013. Vol. 160, no. 6. P. 376–381. DOI: 10.1149/2.128306jes
10. Wei Ch., Bard A.J., Feldberg S.W. Current rectification at quartz nanopipet electrodes // Anal. Chem. 1997. Vol. 69, is. 22. P. 4627–4633. DOI: 10.1021/ac970551g
11. Li P., Liu L., Yang Y., Zhou L., Wang D., et al. Amplitude modulation mode of scanning ion conductance microscopy // Journal of Laboratory Automation. 2015. Vol. 20, no. 4. P. 457–462.
12. Li P., Liu L., Wang Y., Yang Y., Zhang Ch., Li G. Phase modulation mode of scanning ion conductance microscopy // Applied physics letters. 2014. Vol. 105, is. 5. Id. 053113. DOI: 10.1063/1.4891571
13. Klenerman D., Shevchuk A., Novak P., Korchev Y.E., Davis S.J. Imaging the cell surface and its organization down to the level of single molecules // Philos. Trans. R. Soc., B. 2013. Vol. 368, is. 1611. Id. 20120027. DOI: 10.1098/rstb.2012.0027
14. Zhuang J., Cheng L., Liao X., Zia A.A., Wang Zh. A fuzzy control for high-speed and low-overshoot hopping probe ion conductance microscopy // Rev. Sci. Instrum. 2020. Vol. 91, is. 3. Id. 033703. DOI: 10.1063/1.5114642
15. Wang Z., Zhuang J., Gao Z., Liao X. A fast scanning ion conductance microscopy imaging method using compressive sensing and low-discrepancy sequences // Rev. Sci. Instrum. 2018. Vol. 89, is. 11. Id. 113709. DOI: 10.1063/1.5048656
16. Zhuang J., Jiao Y., Mugabo V. A new scanning mode to improve scanning ion conductance microscopy imaging rate with pipette predicted movement // Micron. 2017. Vol. 101. P. 177–185. DOI: 10.1016/j.micron.2017.07.007
17. Gesper A., Hagemann P., Happel P. A low-cost, large field-of-view scanning ion conductance microscope for studying nanoparticle–cell membrane interactions // Nanoscale. 2017. Vol. 9, is. 37. P. 14172–14183. DOI: 10.1039/C7NR04306F
18. Watanabe S., Ando T. High-speed XYZ-nanopositioner for scanning ion conductance microscopy // Appl. Phys. Lett. 2017. Vol. 111, is. 11. Id. 113106. DOI: 10.1063/1.4993296
19. Jung G.E., Noh H., Shin Y.K., Kahng S.J., Baik K.Y., Kim H.B., Cho N.J., Cho S.J. Closed-loop ARS mode for scanning ion conductance microscopy with improved speed and stability for live cell imaging applications // Nanoscale. 2015, Vol. 7, is. 25. P. 10989–10997. DOI: 10.1039/C5NR01577D
20. Shevchuk A., Tokar S., Gopal S., Sanchez-Alonso J.L. et al. Angular approach scanning ion conductance microscopy // Biophysical Journal. 2016. Vol. 110, is. 10. P. 2252–2265. DOI: 10.1016/j.bpj.2016.04.017
21. Rheinlaender J., Schäffer T.E. Image formation, resolution, and height measurement in scanning ion conductance
microscopy // Journal of applied physics. 2009. Vol. 105, is. 9. Id. 094905. DOI: 10.1063/1.3122007
22. Rheinlaender J., Schäffer T.E. An accurate model for the ion current-distance behavior in SICM allows for calibration of pipet tip geometry and tip-sample distance // Analytical Chemistry. 2017. Vol. 89, is. 21. P. 11875–11880. DOI: 10.1021/acs.analchem.7b03871
23. Sapozhnikov I., Gorbenko O., Felshtyn M., Zhukov M., Golubok A. SPM-unit combined with optical microscope objective // AIP Conf. Proc. 2019. Vol. 2064, is. 1. Id. 020003. DOI: 10.1063/1.5087659
24. Sapozhnikov I.D., Gorbenko O.M., Felshtyn M.L., Zhukov M.V., Golubok A.O. Features of combining of scanning probe microscopy with optical and scanning electron microscopy // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019. Vol. 699. Id. 012040. DOI: 10.1088/1757-899X/699/1/012040
25. Zhukov M.V., Lukashenko S.Yu., Sapozhnikov I.D., Golubok A.O. Creation and study of liquid nanojunction using
SPM-base technology // J. Phys.: Conf. Ser.2020.Vol. 1695. Id. 012167. DOI: 10.1088/1742-6596/1695/1/012167
26. Zhukov M.V., Lukashenko S.Yu., Sapozhnikov I.D., Felshtyn M.L., Gorbenko O.M., Golubok A.O. Scanning ionconductance microscope with modulation of the sample position along the Z coordinate and separate Z-axial and lateral (X, Y) scanning // J. Phys.: Conf. Ser. 2021.Vol. 2086. Id. 012074. DOI: 10.1088/1742-6596/2086/1/012074

Еще

Статья научная