Scanning Force Microscopy as Applied to Conformational Studies in Macromolecular Research

Abstract

The modern state of SFM research on polymer nano-objects including single chains is discussed in comparison with other similar high-resolution microscopy techniques. The range of problems to be solved preferentially by SFM is highlighted. Promising methodology to describe quantitatively the morphology of macromolecular objects is proposed. The main benefits of this algorithm seem to be the apparent mathematical correctness as well as the possibility to estimate errors and the confidence of the numbers obtained. Special attention is paid to the dynamic observations of conformational transitions on a substrate in real time regime. This approach allows one to realise direct control of the adsorbed macromolecules by means of exposure to different vapours. Driving forces of the vapour-induced reorganisation are discussed.

Nanotemplate-directed DNA segmental thermal motion

“…Though self-crossings of DNA contours are occasionally observed in AFM images, they are rare even in dense DNA structures. Also, DNA ordering on the nanotemplates supports the notion that DNA reorients on the surface aer initial adsorption and, therefore, nal DNA conformation on the nanotemplate is not a projection of its three-dimensional conformation in solution (which is characterized by n ¼ 0.59 and allowed self-crossings 34 ). Thus, we conclude that the conformation of DNA adsorbed on a stearylamine nanotemplate is close to the compact globule conformation.…”

“…1g allow dening a scaling exponent n, which relates hR 2 i to l by the formula: 33 The scaling exponent n obtained for an ensemble of polymeric molecules adsorbed on a substrate together with an estimation of a degree of suppression of their self-crossings may serve as criteria for an assignment of a polymer conformation to a certain type. 34 For example, n ¼ 1 corresponds to a rigid rod conformation, n ¼ 0.5 (without self-crossings) to the twodimensional compact globule conformation and n ¼ 0.75 (without self-crossings) to the two-dimensional coil with excluded volume conformation (the model of a self-avoiding walk). [35][36][37] An example tting curve for estimation of n is shown as a solid line in Fig.…”

Three-dimensional analysis of micro- and nanostructure of biomaterials and cells by method of scanning probe nanotomography

“…Получение СЗМ-изображений основано на физическом взаимодействии сверхострого зонда с поверхностью образца, что позволяет получать данные, фундаментально отличающиеся от резуль-татов электронной или рентгеновской микроско-пии [10,11]. К тому же поверхность образца может быть проанализирована при помощи ряда СЗМ-ме-тодик, таких как метод изображения фазы, отража-ющий вязкоупругие свойства поверхности, изме-рение распределения электрической проводимости и других электрических свойств поверхности при помощи проводящего зонда [12,13], магнитно-си-ловая микроскопия [14], химическая силовая мик-роскопия [15,16] и многие другие.…”

Investigation of Nano- And Microstructure of Biomaterials for Regenerative Medicine by Method of Scanning Probe Nanotomography

“…Данные ограничения особенно заметно проявляются в задачах анализа биологических и полимерных материалов, состоящих преимущественно из легких химических элементов. Методы сканирующей зондовой микроскопии -неразрушающего анализа структуры поверхности с наноразмерным разрешением -позволяют обойти такие ограничения электронной микроскопии, как нарушения структуры образцов, вызванных химической фиксацией образца, повреждения электронным пучком, слабый электронно-микроскопический контраст [3,4]. Объединение техники ультрамикротомии с последовательным анализом наноструктуры поверхности после произведенного среза методом сканирующей зондовой микроскопии представляет перспективный подход к исследованию трехмерной наноструктуры широкого класса биологических и полимерных объектов и материалов.…”