Metrological assurance in bionanoscopy

Abstract

Сканирующая зондовая микроскопия (СЗМ) успешно переходит из научно-исследовательской области в сектор реальных производственных технологий. Она начинает играть все более важную роль в производственных приложениях биомедицинского характера -бионаноскопии, в частности, при создании уникальных приборов для раннего обнаружения биологических агентов -вирусов и бактерий [1]. В связи с этим существенно повышается роль метрологического сопровождения инструментария СЗМ [2]. Scanning probe microscopy (SPM) is successfully moving from research into the real production. It begins to play an increasingly important role in industrial applications of a biomedical nature, bionanoscopy, in particular while creating the unique devices for the early detection of biological agents -viruses and bacteria [1]. In this regard, significantly increases the role of metrological support of the SPM [2]. в 2012 году при поддержке Метрологического центра "РОСНАНО" авторами разработан эта-лон высоты для сканирующей зондовой микро-скопии на основе вируса табачной мозаи ки, распо-ложенного на поверхности высокоориентирован-ного пиролитического графита [4]. Вирус табач-ной мозаики служит эталоном в 17 нм. Эта вели-чина чуть меньше, чем известное значение диа-метра вируса в 18 нм, полученное по данным просвечивающей электронной микроскопии. Разница в наблюдаемых значениях может быть обусловлена двумя факторами. Во-первых, при адсорбции вируса на графите может происходить уплощение частицы, что приводит к уменьше-нию наблюдаемой в атомно-силовой микроскоп высоты. Во-вторых, в просвечивающем электрон-ном микроскопе наблюдается поперечный размер вируса (диаметр), увеличение которого может быть также вызвано адгезионными (поверхностными) силами со стороны подложки.Размер в биологии имеет ключевое значение. Так, например, биоспецифическое взаимодействие обусловлено в существенной степени геометрией контакта между антигеном и антителом. Вместе с тем, пока метрология нанометрового масштаба разработана очень слабо. Применяемые в нас-тоящее время статические решетки, представляю-щие собой искусственно созданные на поверхности структуры с заданным профилем, обеспечивают точность измерений около 2 нм. Такие решетки, изготовленные из кремния и других материалов, подвержены деградации, загрязнениям поверхно-сти, износу. Кроме того, они достаточно дороги, и, что очень существенно, не позволяют калибровать зондовый микроскоп непосредственно в процессе измерения, например, биологических объектов.Нами было предложено простое, но вместе с тем очень эффективное решение измеритель-ной меры -эталона нанометра [5][6][7]. К безуслов-ным достоинствам такой меры относится удобная шкала -ровно один нанометр. Привязка изме-рительной нанометровой меры к эталону метра осуществляется с помощью интерферометра. Измерительная мера защищена патентом, кото-рый передан в общенародное безвозмездное поль-зование [8].Измерительная мера (эталон) нанометра изго-тавливается из пьезокерамической пластины тол-щиной 0,5-2 мм. На торцах пластины формируются электроды. При приложении напряжени...