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扫描离子电导显微镜的研制与实现

李鹏,  张常麟,  王文学,  刘连庆

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李鹏, 张常麟, 王文学, 刘连庆. 扫描离子电导显微镜的研制与实现[J]. 红外与激光工程, 2014, 43(6): 1894-1898.
引用本文: 李鹏, 张常麟, 王文学, 刘连庆. 扫描离子电导显微镜的研制与实现[J]. 红外与激光工程, 2014, 43(6): 1894-1898.
shu
Li Peng, Zhang Changlin, Wang Wenxue, Liu Lianqing. Development and implementation of scanning ion conductance microscope[J]. Infrared and Laser Engineering, 2014, 43(6): 1894-1898.
Citation: Li Peng, Zhang Changlin, Wang Wenxue, Liu Lianqing. Development and implementation of scanning ion conductance microscope[J]. Infrared and Laser Engineering, 2014, 43(6): 1894-1898.
shu

扫描离子电导显微镜的研制与实现

  • 1.

    中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室,辽宁沈阳 110016

  • 2.

    中国科学院大学,北京 100049

基金项目: 

国家自然科学基金（61175103）;中国科学院科研装备研制项目（YZ201245）;中国科学院与国家外国专家局创新团队国际合作伙伴计划

详细信息
    作者简介:

    李鹏（1987-），男，博士生，主要从事微纳米机器人学尧单细胞操作以及多探针系统协同方面的研究。Email：lipeng1987@sia.cn

  • 中图分类号: TP23

Development and implementation of scanning ion conductance microscope

  • 1.

    State Key Laboratory of Robotics,Shenyang Institute of Automation,Chinese Academy of Sciences,Shenyang 110016,China;

  • 2.

    University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China

  • 摘要: 在微纳米尺度上对活细胞高分辨率成像对生命科学研究具有重要的意义，其将有助于再现正在发生的生命过程、检测细胞对外界刺激做出的响应，甚至观测某些蛋白簇在细胞膜表面的运动。然而直到今天，仍然没有很好的实现上述目标。扫描离子电导显微镜（SICM）由于其真正的非接触、高分辨、无损独特成像方式，规避了扫描过程中探针与样品表面发生力的接触，得到越来越多的关注和广泛的应用。从系统的角度阐述自制SICM 系统的设计、硬件集成及跳跃模式扫描算法的实现，并通过对聚二甲基硅氧烷（PDMS）栅格成像以及与原子力显微镜（AFM）成像结果的对比，验证了系统功能的正确性和有效性；最后开展了生理环境下活体细胞的原位扫描成像实验，初步获取了活体神经细胞轴突结构的三维形貌图像。SICM 的成功搭建，将为人们深入了解生理条件下活体生物样品表面微观结构与功能机理等提供有效的研究方法与手段。
    Abstract: High-resolution imaging of living cell at the micro-/nano-scale is important for life science research. It may help to observe biological activities of cells, and to detect cell responses to external stimuli and even movements of some protein molecules in cell membranes. However, there have not been effective methods to realize such objectives yet. Scanning ion conductance microscope (SICM) has been widely applied in many fields and is receiving increasing attention due to its non-contact, force-free, and high-resolution imaging features. Herein, a design of SICM, including hardware integration and scanning algorithms, was introduced from the point of view of system firstly;then the feasibility and effectiveness of the system was evaluated through comparison of PDMS gratings measurements by SICM and AFM;finally, in situ experiments of living-cell imaging in physiological environment had been carried out, and the topography of living neuro-2A cell had been successfully obtained. The well-established scanning ion conductance microscope will provide an effective tool for investigating functional mechanism and microstructure on the surface of living biological samples.
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出版历程
  • 收稿日期:  2013-10-12
  • 修回日期:  2013-11-15
  • 刊出日期:  2014-06-25

扫描离子电导显微镜的研制与实现

  • 1. 中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室,辽宁沈阳 110016
  • 2. 中国科学院大学,北京 100049
    • 作者简介:

    李鹏（1987-），男，博士生，主要从事微纳米机器人学尧单细胞操作以及多探针系统协同方面的研究。Email：lipeng1987@sia.cn

  • 收稿日期: 2013-10-12
  • 修回日期: 2013-11-15
  • 刊出日期: 2014-06-25
基金项目:

国家自然科学基金（61175103）;中国科学院科研装备研制项目（YZ201245）;中国科学院与国家外国专家局创新团队国际合作伙伴计划

  • 中图分类号: TP23

摘要: 在微纳米尺度上对活细胞高分辨率成像对生命科学研究具有重要的意义，其将有助于再现正在发生的生命过程、检测细胞对外界刺激做出的响应，甚至观测某些蛋白簇在细胞膜表面的运动。然而直到今天，仍然没有很好的实现上述目标。扫描离子电导显微镜（SICM）由于其真正的非接触、高分辨、无损独特成像方式，规避了扫描过程中探针与样品表面发生力的接触，得到越来越多的关注和广泛的应用。从系统的角度阐述自制SICM 系统的设计、硬件集成及跳跃模式扫描算法的实现，并通过对聚二甲基硅氧烷（PDMS）栅格成像以及与原子力显微镜（AFM）成像结果的对比，验证了系统功能的正确性和有效性；最后开展了生理环境下活体细胞的原位扫描成像实验，初步获取了活体神经细胞轴突结构的三维形貌图像。SICM 的成功搭建，将为人们深入了解生理条件下活体生物样品表面微观结构与功能机理等提供有效的研究方法与手段。

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