Видоизмененная методика силовой микроскопии пъезоотклика поможет исследовать биоэлектрические процессы
Связь между электрическими силами и механическим движением наблюдается как в биологических, так и в неорганических системах. Многие вещества под действием внешней механической деформации могут индуцировать электрический заряд или, наоборот, под действием внешнего напряжения испытывать механическую деформацию. Мы пользуемся этими свойствами даже в бытовых приборах: в пьезоэлектрических зажигалках.
Неорганические вещества, обладающие такими свойствами, пьезо- и сегнетоэлектрики, используются для целого ряда разнообразных исследовательских и производственных методик: MEMS, FeRAM, SONAR, а также средств визуализации в области медицины. Для исследования и применения данного типа веществ существует целый ряд отработанных методик, в том числе и в нанометровом масштабе: силовая микроскопия пъезоотклика (piezoresponse force microscopy, PFM), контактная атомно-силовая микроскопия (contact-mode atomic force microscopy) и т.п.
Однако, если речь идет о биологических объектах, исследования затрудняются из-за их физических свойств, казалось бы, несовместимых с традиционными методами для исследования пьезо- и сегнетоэлектричества. Мягкие органические материалы, включая многие биомолекулы и клеточные системы, обычно исследуются при помощи неконтактных или прерывисто-контактных средств, причем, в жидкой среде, чтобы снизить влияние на итоговый результат поверхностных эффектов. Таким образом, до сих пор было чрезвычайно сложно исследовать связь механических и электрических явлений, особенно в наномасштабе. А, между прочим, связь между электрическими силами и механическим движением в биологических объектах является одним из важнейших явлений для всех живущих на земле организмов; множество биополимеров проявляют пьезоэлектрические свойства.
Для того чтобы приоткрыть завесу тайны над связью механических и электрических процессов, группа ученых из University College Dublin (UCD), Oak Ridge National Laboratory (ORNL), University of California, San Francisco (UCSF) и Asylum Research предложили и реализовали новый метод исследования, совместив методики силовой микроскопии пьезоотклика с принципами получения изображений в жидкостях в прерывисто-контактном режиме. Методика подразумевает одновременное получение механического и электрического тестового сигналов, что позволит лучше понять электромеханическую связь в режиме, характеризующимся наименьшим повреждением поверхности мягкого исследуемого образца.
По мнению ученых, в будущем их подход позволит приоткрыть завесу тайны над биоэлектрическими процессами. Одной из проблем, которые еще предстоит решить перед внедрением данной методики для широких исследований, является исключение помех, оказываемых на результаты исследований жидкостной средой. Но предварительно, ученые сообщают, что подбором растворителя они могут свести «вредный» сигнал к минимуму.
