 |
Исследование поверхности биочипа посредством атомно-силовой микроскопии
|
|
|
|
| Якушин Павел Евгеньевич ГОУ Московский инженерно-физический институт (ГУ), кафедра 60 115409, Москва, Каширское шоссе, 31 тел. (095) 344-13-03, (095) 234-17-93 эл. почта: [email protected] | 
|
Аннотация
Изучена морфология поверхности биочипов методом сканирующей атомно-силовой микроскопии. Получены качественные двух- и трёхмерные кадры поверхности с латеральным разрешением до 10 нм и с разрешением по высоте точек рельефа в 2-3 Ангстрема. Показано, что плёнка, по данным атомно-силовой микроскопии, состоит из нанокластеров со средним размером 35 нм и высотой от 4 до 38 нм. Средняя шероховатость Ra плёнки в целом составляет около 2.2 нм.
Постановка задачи
Образцы биочипов были предоставлены московским институтом электронной техники, кафедрой биотехнологий. Образец представляет собой подложку из полированного кремния с нанесённой магнетронным способом плёнкой золота и далее с нанесённой по технологии Ленгмюр-Блоджетт мономолекулярной плёнкой специфического белка к вирусам полиомиелита. Основную проблему данных устройств представляет временная модификация золотой плёнки – собирание её в кластеры, соответственно, ухудшается эффективная реагирующая поверхность специфического белка. (реакция иммуно-ферментного связывания). Задача – исследовать морфологию состаренной поверхности золотой плёнки на одной из отрабатываемых технологий изготовления биочипов.
Экспериментальная часть
Данный образец уже был исследован при помощи СТМ, но для сравнения результатов было решено исследовать его также на АСМ. Эксперимент был проведен на российском мульти-микроскопе СММ-2000 (изготовитель ОАО «Завод Протон-МИЭТ», г. Зеленоград), имеющем и АСМ, и СТМ режимы.
|
|
|
Выбор АСМ - режима определил методику подготовки образца. Из шестисегментного чипа общим размером 18/6 мм и толщиной 0.6 мм было отколото два сегмента общим размером 6/6 мм, который был прикреплён при помощи скотча.
Сканирование производилось кантилевером MSCT-AU фирмы Veeco (США), самой длинной его балкой с наименьшей жёсткостью в 0.02 Н/м. Скорость сканирования составляла около 2 мкм / сек при количестве усреднений в точке – 16, что дало приемлемые результаты. Необходимо было выбрать аналогичный размер скана, как и в СТМ-исследованиях, но в связи с тем, что менее высокоразрешающий режим АСМ при этом размере скана даёт расплывчатую кадр, был выбран минимальный размер скана, где кадр ещё имеет удовлетворительную чёткость - 1.8/1.8 мкм при количестве точек 502/502.
Результаты и обсуждение
Характерный первичный кадр представлен на рис.1. На нём видна несплошная поверхность, представляющая собой скопления нанокластеров. После применения мягкой медианной фильтрации с фильтром 1х3 и конволюции матрицей 3х3 кадр принял вид, представленный на рис.2. Фурье-фильтрация, а также другие типы фильтраций не производились.
Представление кадра в трёхмерном виде (рис. 3) выявило шероховатую структуру поверхности, состоящую из скоплений нанокластеров.
Вывод профилей нанокластеров, наблюдаемых на кадре, дал следующие результаты. Размер зрительно самых больших по размерам частиц (рис. 4) составляет около 100 нм при их высоте выделения из массива других кластеров около 37 нм. Общий разброс высоты кластеров – от 4 до 37 нм.
Анализ шероховатостей, выполнявшийся по стандартизированным методикам, не допускающим субъективизм оператора, дал среднюю шероховатость (Ra) по всему кадру (рис. 5) около 2.2 нм.
Наиболее информативный при наличии многих объектов разного размера морфологический анализ дал распределение диаметров нанокластеров (рис.6,7). По интегральной кривой гранулометрического состава максимальное количество нанокластеров имеет размеры 30-40 нм. Выделяются три группы частиц по размерам – от 10 до 30 нм, от 30 до 100 нм, и от 100 до 200 нм.
|
|
|
Выводы
Поверхность наночипа представляет собою не сильно развитую по шероховатости поверхность, но с выделяющимися золотыми нанокластерами. Средний размер нанокластеров составляет 35 нм при их высоте от 4 до 37 нм. Средняя шероховатость Ra плёнки в целом составляет около 2.2 нм. Судя по величине шероховатости, несмотря на собирание золотой плёнки в нанокластеры, она не теряет сплошности, на ней не образуются трещины, что свидетельствует о применимости данной поверхности для биочипов.
Список литературы
1. А.Д. Мирзабеков, Д.В. Прокопенко, В.Р. Чечеткина, «Применение матричных биочипов с иммобилизованной ДНК в биологии и медицине»: Информационные медико-биологические технологии
(под ред. В.А. Княжева и К.В. Судакова). ГЭОТАР-МЕД,
Москва, 2002, с.166-198
2. Логинов Б.А., Руководство пользователя микроскопа СММ-2000, МИФИ-2005.
|
| Рис.1. Первичный кадр |
|
| Рис.2. Кадр после обработки медианной фильтрацией 1х3 и усреднения (конволюции) матрицей 3х3 |
|
| Рис.3. Трёхмерный вид кадра |
|
| Рис.4. Профиль сечения средних по размерам частиц |
|
| Рис.5. Анализ шероховатости по всему кадру |
|
| Рис.6. Морфологический анализ кадра – графики распределений объектов по диаметрам |
|
| Рис.7. Морфологический анализ кадра |
|
|
|
