儀器信息網訊 近日，貝克曼先進科學技術研究所（Beckman Institute for Advanced Science and Technology ）的研究人員開發了一種新方法，以提高使用原子力顯微鏡對納米級化學成像的檢測能力。這些改進減少了與顯微鏡相關的噪聲，從而提高了可以研究樣品的精度和範圍。
使用先前的偏轉AFM-IR檢測方法(上)收集的4nm厚聚合物薄膜產生的化學信號與新的零偏轉方法對比（圖片自貝克曼先進科學技術研究所）
該成果於6月26日發表在《Nature Communications》上，論文連結：https://www.nature.com/articles/s41467-020-17043-5。
原子力顯微鏡用於掃描材料表面以生成其高度的圖像，但該技術無法輕鬆識別分子組成。研究人員此前已經開發了AFM和紅外光譜的組合，稱為AFM-IR。 AFM-IR顯微鏡使用懸臂梁，該懸臂梁是一端連接到支架，另一端連接到尖端的光束，用於測量由照射紅外雷射照射而產生的樣品的細微運動。樣品對光的吸收使其擴展並偏轉懸臂，從而產生紅外信號。
「儘管這項技術得到了廣泛的應用，但是它的性能受到了限制。」 伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校(University of Illinois at Urbana-Champaign) 工程學的創始人、癌症中心主任Rohit Bhargava教授表示，「問題在於存在未知的噪聲源，這限制了數據的質量。」
隨時間變化的懸臂共振在AFM-IR中的影響（圖自成果論文）
研究人員創建了一個理論模型，以了解儀器的工作原理，從而識別出噪音的來源。此外，他們開發了一種新的方法來以更高的精度檢測IR信號。
由Bhargava指導的化學成像與結構實驗室的研究生Seth Kenkel表示：「懸臂的偏轉容易受到噪聲的影響，噪聲會隨著偏轉的增加而變得越來越差。」 「我們沒有檢測懸臂撓度，而是使用壓電組件作為平臺，保持零撓度。通過向壓電材料施加電壓，我們可以保持低撓度和低噪聲，同時記錄同樣的化學信息，現在這些信息被編碼在壓電電壓中。」
研究人員沒有移動懸臂，而是利用壓電晶體的運動來記錄IR信號。Kenkel表示：「這是第一次有人控制壓電致動器來檢測信號。其他研究人員通過使用更複雜的檢測系統來解決諸如噪聲之類的挑戰，這些系統無法解決與AFM-IR相關的潛在問題。」
Bharat表示：「由於噪聲問題，人們只能使用這種技術來測量具有較強信號的樣本。隨著靈敏度的提高，我們可以對體積更小的樣品成像，例如細胞膜。」
除了測量更多種類的樣品外，研究人員還希望使用這種技術來測量較小的樣品量。 Bhargava表示：「我們可以使用這種技術來研究少量存在的複雜混合物，例如單脂雙分子層。」
化學系主任兼拉裡·福克納化學基金會主席Catherine Murphy表示：「 Bhargava實驗室開發的新技術令人振奮，我們小組有興趣立即使用該技術來研究複雜表面上的蛋白質變形。」
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