贝克曼先进科学技术研究所的研究人员开发了一种新方法，可以利用原子力显微镜提高纳米级化学成像的检测能力。这些改进降低了与显微镜相关的噪音，增加了可以研究的样本的精度和范围。

研究“用于纳米级分子表征的闭环原子力显微镜-红外光谱成像”发表在《自然通讯》上。

原子力显微镜用于扫描材料表面以生成其高度图像，但该技术无法轻松识别分子组成。研究人员之前已经开发出一种称为 AFM-IR 的 AFM 和红外光谱的组合。AFM-IR 显微镜使用悬臂梁，该悬臂梁一端连接到支架，另一端连接尖锐尖端，以测量通过照射红外激光引入的样品的细微运动。样品对光的吸收使其膨胀并使悬臂偏转，从而产生红外信号。

伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校工程创始教授兼癌症中心主任 Rohit Bhargava 说：“尽管该技术被广泛使用，但其性能是有限度的。” “问题是未知的噪音来源限制了数据的质量。”

研究人员创建了一个理论模型来了解仪器的工作原理，从而确定噪声源。此外，他们开发了一种新方法来检测 IR 信号的精度更高。

“悬臂挠度容易受到噪音的影响，随着挠度的增加，噪音会变得更糟，”由 Bhargava 领导的化学成像和结构实验室的研究生 Seth Kenkel 说。“我们没有检测悬臂偏转，而是使用压电元件作为保持零偏转的平台。通过向压电材料施加电压，我们可以保持低噪声的小偏转，同时记录现在在压电中编码的相同化学信息电压。”

研究人员没有移动悬臂，而是使用压电晶体的移动来记录红外信号。“这是第一次有人控制压电执行器来检测信号。其他研究人员通过使用更复杂的检测系统来解决噪声等挑战，这些系统无法解决与 AFM-IR 相关的潜在问题，”肯克尔说。

“由于噪声问题，人们只能使用这种技术来测量具有强信号的样本，”Bhargava 说。“随着灵敏度的提高，我们可以对更小体积的样品(如细胞膜)进行成像。”

除了测量更多样的样品外，研究人员还希望使用这种技术来测量更小的样品体积。“我们可以使用这种技术来观察小体积的复杂混合物，如单个脂质双层，”Bhargava 说。

“Bhargava 实验室开发的新技术令人兴奋。我们的团队有兴趣立即使用这种技术来了解复杂表面上的蛋白质变形，”化学系主任、Larry Faulkner Endowed 化学主席 Catherine Murphy 说.