Bio-nano-endoskop a nano-pipeta se zobrazovací mikrospektroskopií

Část 5 – Bio-nano-endoskop a nano-pipeta se zobrazovací mikrospektroskopií

Všestranný systém pro zobrazovací optickou spektroskopii, mikroskopii skenující sondou a manipulaci se vzorkem byl navržen na základě dlouholetých zkušeností s optickou mikro-spektroskopií tak, aby zásadně posunul možnosti studia nanomateriálů a jejich použití v biologii a medicíně.

Jedná se tedy o unikátní systém, který jako celek není komerčně dostupný a je složený z komponent od několika firem. Středem aparatury je invertovaný optický mikroskop, na kterém je umístěna hlava mikroskopu atomárních sil (AFM) a dále extrémně citlivá EM-CCD kamera se zesilováním signálu (electron multiplying – EM). Druhý výstup z invertovaného mikroskopu je napojen na 30cm zobrazovací spektrometr se spektroskopickou CCD kamerou (chlazenou kapalným dusíkem) nebo může být navázán do optického vlákna a poslán do jiných detektorů v laboratoři. Navíc je na mikroskopu posazen mikromanipulátor s nanopipetou pro manipulaci a modifikaci vzorků in situ.

Nejnákladnější částí aparatury je AFM mikroskop, který umožňuje jak skenování hrotem, tak vzorkem (konfokální režim) a má řadu volitelných modulů – biocelu, pro práci s kapalnými vzorky a kontrolovanou teplotou, vodivostní AFM modul a možnost použití „tuning fork“ sondy pro práci bez AFM laseru.

Celá aparatura je zakryta ve speciálním krytu zkonstruovaném v naší laboratoři, který zajišťuje světelné a akustické odstínění. Vibrace jsou eliminovány pneumatickým stolem.

Při návrhu tohoto zařízení bylo cílem vytvořit aparaturu s neobvykle širokým spektrem použití pro výuku a vědecké projekty a srovnatelnou se světovou špičkou v oboru zobrazovací spektroskopie.

Dosud zde byly zkoumány například polovodičové nanostruktury, u kterých je možné korelovat detailní morfologickou informaci (AFM) a optické luminiscenční spektrum jednotlivých nanokrystalů. Vodivostní AFM modul slouží k charakterizaci nanostrukturních materiálů pro solární články. Bio-AFM pak umožňuje sledovat interakci nanomateriálů s živými buněčnými kulturami (ve spolupráci s 1. lékařskou fakultou UK).

Do budoucna plánujeme například měření voltampérových charakteristik jednotlivých nanokrystalů (a tím charakterizaci jejich energetických stavů) nebo využití kovových hrotů pro plazmonické zesílení fluorescence nanoobjektů. Budeme studovat i možnosti použití lokální optické sondy tvořené speciálně zúženým a pokoveným optickým vláknem (tzv. nano-endoskop).