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alla Macro Area: METROLOGIA & SPETTROSCOPIAalla Linea di Ricerca: Imaging & Manipolazioni Biologiche e Biomediche
Sviluppo di un prototipo di microscopio a scansione di conduttanza ionica (SICM) con moduli AFM e ottico.

Il microscopio SICM lavora in soluzione ionica, e può effettuare un imaging su campioni biologici senza interagire meccanicamente con essi. Variando opportunamente la pressione idrostatica presente alla bocca del capillare con il quale si effettua la scansione, il SICM può esercitare forze piccolissime (fino a pochi pN) sul campione.
Recentemente, questa tecnica è stata usata non solo per imaging 3D, ma anche per misurare le proprietà meccaniche di cellule.
Nel nostro laboratorio viene sviluppato un prototipo capace di misure di proprietà meccaniche, che combina SICM, microscopia a forza atomica (AFM) e microscopia ottica. In questo strumento, SICM e AFM possono essere usati alternativamente, mentre il microscopio ottico serve a facilitare il posizionamento della sonda sul campione. La sonda del SICM, costituita da una pipetta riempita di una soluzione salina, può essere utilizzata a pressione ambiente oppure in presenza di una piccola sovrapressione (DP =102-103 Pa). La sovrappressione genera un microflusso di soluzione alla bocca della pipetta. In questo caso il modulo AFM può essere usato per misurare direttamente le forze esercitate sulla superficie sottostante, con una risoluzione di circa 10 pN.

Con una variazione di 1mm del livello di riempimento di una pipetta di 1 micron d’apertura, si varia la forza applicata sul campione di 8 pN. Dunque questo setup si rivela anche un formidabile strumento per la misura della elasticità delle membrane cellulari.
Partendo dai risultati conseguiti negli ultimi anni sarà riconsiderata la struttura di uno strumento accoppiato AFM/SICM e sarà progettata e realizzata una versione ottimizzata per un uso affidabile in campo biomedico.
Alcuni aspetti strutturali del prototipo sono attualmente in revisione. Per esempio, è in fase di studio un nuovo assetto del blocco contenente i traslatori piezo, per migliorare il controllo di planarità della superficie di scansione. Inoltre stiamo studiando la possibilità di pilotare il feedback che controlla il mantenimento della distanza di lavoro con corrente alternata invece che continua, perché questo darebbe grossi vantaggi sulla velocità di scansione.

Sarà messo a punto un metodo di misura delle proprietà meccaniche di cellule con stimoli a partire da pochi picoNewton attraverso le piccole pressioni applicate a pipette SICM con apertura al di sotto del micron.


Calibrazione della forza idrostatica. (A) Schema del nostro setup SICM-AFM. (B) Immagine della punta di una pipetta ottenuta tramite microscopia elettronica a scansione. (C) Foto di un cantilever triangolare e una pipetta SICM (freccia) al microscopio o

Prototipo del microscopio combinato SICM-AFM-ottico
Personale INO:

Dipendenti: Tognoni Elisabetta, Baschieri Paolo

Ricercatori Associati: Pellegrino Mario

UOS/Laboratorio INO:
Sezione INO di Pisa - "Adriano Gozzini"

INO Group/Research Team: Microscopia a sonda

Applicant Areas: Scienze della Vita & Salute

Principali Prodotti della Ricerca associati:
1) Characterization of tip size and geometry of the pipettes used in Scanning Ion Conductance Microscopy su Micron (2016) di Tognoni E., Baschieri P., Ascoli C., Pellegrini M., Pellegrino M. (Articolo su Rivista JCR/ISI)
2) Scanning ion conductance microscopy (SICM): from measuring cell mechanical properties to guiding neuron growth presentato a: Optical Methods for Inspection, characterization and imaging of biomaterials (SPIE) (2013) di Pellegrino M., Orsini P., Pellegrini M., Tognoni E., Ascoli C., Baschieri P., Dinelli F., (Articoli in atti di convegno)
3) Integrated SICM-AFM-optical microscope to measure forces due to hydrostatic pressure applied to a pipette su Micro & Nano Letters (2012) di Pellegrino M., Orsini P., Pellegrini M., Baschieri P., Dinelli F., Petracchi D., Tognoni E., Ascoli C. (Articolo su Rivista JCR/ISI)
4) Measuring the elastic properties of living cells through the analysis of current-displacement curves in scanning ion conductance microscopy su Pflugers Archiv-european Journal Of Physiology (2012) di Pellegrino M., Pellegrini M., Orsini P., Tognoni E., Ascoli C., Baschieri P., Dinelli F. (Articolo su Rivista JCR/ISI)
5) Weak hydrostatic forces in far-scanning ion conductance microscopy used to guide neuronal growth cones su Neuroscience Research (2011) di Pellegrino M., Orsini P., Pellegrini M., Baschieri P., Dinelli F., Petracchi D., Tognoni E., Ascoli C. (Articolo su Rivista JCR/ISI)


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