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Banner for Cypher VRS that says Now Showing: The First and Only Full-Featured Video-Rate AFM
Cypher VRS, the first and only full-feature video-rate atomic force microscope

Cypher VRS Video-Rate AFM

Cypher VRS AFM は、業界初の超高速イメージングと多彩な機能を備えた AFM です。 AFM の画像をただ取得するだけではなく、Cypher VRS は動画を取得します。アサイラム・リサーチ Cypher AFM の特長である高分解能や汎用性、使いやすさを備えつつ、ナノスケールの動的プロセスを超高速で測定することができます。

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超高速イメージング AFM 動画を見る

コラーゲン線維の組織化 > DNase によるラムダ DNA の切断 > CTAB ヘミミセルのダイナミクス > セルガード膜 > ポリカプロラクトン高分子薄膜 > DNA 二重らせん > DNA 変性 > 高分子薄膜の溶媒アニール >
 

コラーゲンは人間や他の動物に最も豊富に存在するタンパク質です。体内で多くの組織に見られる階層構造を形成します。さらに、試験管内などで、人工的に細胞・組織培養の3次元構造の足場や基質を作るために広く使用されています。このことから、コラーゲン繊維の自己組織化メカニズムを理解することは、根本的かつ実質的に極めて重要な意義を持ちます。

ここに示されている結果は Cypher VRS video-rate AFMで取得しました。動画はバッファ中における裸のマイカのタッピングモードイメージングで始まります。ラインレートは 400 Hz 、 1.5 フレーム/秒(fps) のフレームレートに対して 512×256 ピクセル。ここでは、動画は 15 フレーム/秒(fps)、つまり取得時の 10 倍の速度で再生されています。コラーゲン分子の希釈溶液を添加し、その後組織化までの 3 つのステップが収められています。

  1. 投入後、数秒で高移動性のコラーゲン分子がマイカ表面へ吸着
  2. 吸着したコラーゲン分子の空間的変動、相互作用および凝集により、不完全に配列した核形成
  3. 単量体コラーゲンの付着や、小さな核コラーゲン凝集体の会合による、D – バンド構造を示す原線維の成長

サンプル提供は、 Jinhui Tao 氏および Jim De Yoreo 氏 (パシフィック・ノースウェスト国立研究所)

What could you do with a Cypher VRS?
 
解説

DNase1 は DNA を非特異的に切断する酵素タンパク質です。 ここでは、 Cypher VRS を使用してラムダダイジェスト DNA に対する DNase1 の働きを観察しました。MgCl2 バッファ中で DNA をマイカ基板に結合させ、DNase を導入しました。イメージングはオリンパス社製 AC10 プローブを用いて、毎秒 625 ライン、毎秒 8.7 フレーム (fps) のフレームレートに対して 320×64 ピクセルで行いました。動画の隣に、2.5 秒の間隔で 3 つの重要なフレームを抜き出しました。最初のイメージ (上) では、数本の DNA 鎖が観察されています。2 番目のイメージ (中央) では、重なり合う DNA 鎖の 1 つに DNase 酵素タンパク質が結合している部分 (矢印で示した箇所) に注目してください。3 番目 (下) のイメージでは、この DNA 鎖は結合点で切断されてしまっています。

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解説

この実験では、 2 mM CTAB 溶液中で形成され、HOPG 表面を横切って移動する CTAB ヘミミセルのダイナミクスを捉えました。このミセルは通常非常に安定しているため、少量のイソプロピルアルコール内でかん流して、その動きを誘発しました。これらの動画取得のため、毎秒 2.4 フレームの速度でイメージ (200×200 ピクセル) を取得しました。ダイナミクスをより明確に視覚化するために、再生速度は取得速度の 6 倍にしています。

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Check out our application note and more movies of CTAB micelle dynamics:
Get the application note about video-rate AFM on surfactant micells
 
セルガード ポリプロピレン膜の動画 (フレームレート: 2.4 fps )。大気中でイメージを取得
 
ポリカプロラクトン高分子薄膜の動画 (フレームレート: 1.3 fps )。大気中でイメージを取得
 
DNA二重らせんの動画 (フレームレート: 1 fps で取得)
解説

へき開したてのマイカディスク上に DNA が吸着するような一般的な調製法による DNA 溶液 ( 10 mM NiCl₂ 中に λ DNA 1 μg/µL ) を用いて、AFMイメージング用に λ DNA 分解物サンプルを用意しました。このサンプルを Cypher VRS に取り付け、イメージングの準備を行いました。次に DNA 変性( DNA 二重らせんを切断し、一本鎖DNAが形成される)が起こるよう、100 mM 水酸化カリウム水溶液を添加しました。アサイラム・リサーチ Cypher VRS 原子間力顕微鏡を使用して、超高速AFMイメージングを直ちに開始しました。

オリンパス社製 AC10 プローブを用いて毎秒 625 ライン、スキャンサイズ 160 nm 、1ライン当たり 448 ポイントおよび 52 ライン、有効フレームレート毎秒 9.19 フレームでイメージを取得しました。この動画はリアルタイム (取得レートと同等の速度) で再生されます。

最初のイメージフレームは予想される損傷のない DNA の構造を示していますが、すぐに、一本鎖 DNA に対応する、より細かい鎖が出現し、多くの場合、元の DNA と結合した状態であるのがわかります。

解説

アサイラム・リサーチ Cypher VRS 原子間力顕微鏡でイメージを取得。条件:オリンパス社製 AC10 プローブを用いてフレームレート 15.6 fps、312×64 pixels で 100 Hz で動画再生:取得レート ( 15.6 fps ) の 10 倍速