流体力顕微鏡

流体力顕微鏡( FluidFM ) は走査型プローブ顕微鏡の一種で、通常は標準的な倒立光学顕微鏡で使用されます。

FluidFM のユニークな特徴は、AFMプローブに微細なチャネルを導入することです。これらのチャネルの開口部は 300 nm 未満、つまり人間の髪の毛の 500 分の 1 の細さです。このナノメートルの特徴により、フェムトリットル(fL) スケールの液体の取り扱いや、サブミクロンの物体の力制御による操作が可能になります。ナノ流体チャネルを介して、たとえば物質を単一細胞に挿入したり、細胞を合流層から分離したりできます。

FluidFM プローブとして、300 nm から 8 μm の開口部を持つ特殊なマイクロピペットとナノピペットが使用されます。直径が大きいほど単一細胞接着実験に役立ち、直径が小さいほどナノリソグラフィーやサブミクロンの物体の取り扱いに適しています。従来のガラス製マイクロピペットと比較すると、FluidFM プローブは細胞などの柔らかいサンプルに対してはるかに優しいです。pN および nm の精度で制御でき、ウェーハベースの製造プロセスにより、より正確かつ一貫した容量の処理が可能です。FluidFM には、単一細胞アプリケーションなど、さまざまな用途に独自の利点があります。

FluidFM は、fL 範囲の容積を制御するために圧力制御に依存しています。アプリケーションに応じて、過圧または真空のいずれかが使用されます。一般的な動作圧力は、数hPaの範囲です。

FluidFM テクノロジーは、通常、倒立顕微鏡上で使用されます。標準的なAFM 実験に加えて、FluidFM では、単一細胞の注入や接着、ナノリソグラフィーやスポッティングなど、他の無数のアプリケーションを実行することができます。

単一細胞注入は、生命科学、生物学、医学にとって重要なツールです。単一細胞注入実験を行うには、プローブを細胞に刺して物質を注入します。FluidFM では、プローブが小さく、鋭く、力に敏感であるため、他の方法とは対照的に成功率はほぼ 100% です。^{[1] [2]}

単一細胞は、接着細胞培養物や細胞懸濁液から分離することができます。分離した細胞は、確立された単一細胞法で分析するか、新しいコロニーの成長に使用することができます。FluidFMは、哺乳類細胞、酵母、細菌の分離に使用されています。^{[3] [4] [5]}

単一細胞の接着を測定することで、生物学や材料科学のさまざまなトピックに関する重要な情報が得られます。FluidFMを使用すると、これらの実験の実行速度を上げ、さらには広がった細胞の接着を評価することもできます。対象の細胞は、負圧を加えることでプローブに可逆的に付着します。プローブを上げると、接着力をpN分解能で測定できます。^{[6] [7] [8]}

単一細菌接着実験の方法は単一細胞の場合と同じです。細菌細胞が表面とどのように相互作用し、また互いにどのように相互作用するかについての情報が得られます。^[9]

コロイド実験は、コロイド粒子と表面間の相互作用力や複雑な基質の局所弾性を測定する機会を提供します。通常、コロイドはAFMプローブに事前に接着する必要があるため、これらの実験を実行できる速度はかなり低くなります。対照的に、コロイドプローブは、低圧によってFluidFMプローブに可逆的に取り付けることができます。したがって、1つのプローブを多くの実験や多くのコロイドに使用できます。^{[8] [10]}

ナノリソグラフィーは、ナノメートルの範囲で構造をエッチング、書き込み、または印刷するプロセスです。少量の液体をプローブの先端から分配することができます。FluidFMを使用すると、分配される量はfL未満から数pLです。FluidFMは空気と液体の両方で動作します。^{[11] [12]}

スポッティングとは、ナノメートルから1マイクロメートルの範囲でスポットや高密度アレイを印刷するプロセスです。ほぼすべての液体を印刷できます。印刷される粒子は、たとえばオリゴヌクレオチド、タンパク質、DNA、ウイルス粒子、細菌クローンなどです。スポットは、ナノピペットが表面に接触し、物質が短い圧力パルスでプローブから放出されたときに作成されます。^{[12] [13]}