Rasterkraftmikroskopische Untersuchungen an nativen biologischen ...

GRUNDLAGEN UND METHODEN
1 Rasterkraftmikroskopie
gleich der beiden Methoden wird in Dongmo et al., 2000, gegeben). Es ist also nicht unbedingt
notwendig, wie hier geschehen, eine vorherige oder nachträgliche Charakterisierung der Spitze
anhand eines speziellen Standards vorzunehmen, das jeweilige Bild kann als unbekannter Standard
zur Spitzencharakterisierung dienen. Ein Problem der Algorithmen „blinder Rekonstruktion“
stellt allerdings die Anfälligkeit gegenüber den Einflüssen elektronischen und mechanischen Rauschens
während der Aufnahme dar: die davon herrührenden scharfen Spikes können zu einer völlig
falschen Einschätzung des Sensorradius führen (da die Abbildung „scharfer“ Korrugationen eine
entsprechend scharfe Spitze impliziert), die sich im Lauf der Iterationen fortpflanzt. Die Wahl eines
in die Berechnung eingehenden Schwellenwerts ist daher kritisch.
Das Beispiel in Abb. 2 und 3 zeigt die unterschiedlichen Aspekte der Geometrie ein und derselben
Sensorspitze, die für die Abbildung von Strukturen verschiedener Größenordnungen relevant sind:
eine pyramidale Spitze der Höhe 2,8 µm mit relativ stumpfem Pyramidenwinkel für Korrugationen
von mehreren 100 nm bis in den µm-Bereich, ein durch das Oxidschärfungsverfahren erhaltener
schärferer Apex mit Krümmungsradius von ca. 20 bis 40 nm für Korrugationen dieser Größenordnung
und eine „Spitze“ atomarer Abmessungen für die Auflösung im Angström-Bereich.
Für den Bereich makromolekularer bis molekularer Größenordnung wurde eine Abschätzung des
Spitzenradius sowohl anhand eines einfachen geometrischen Modells (kugelförmige Spitze auf
konischer Basis) als auch mittels “blinder Rekonstruktion” nach Villarrubia (1997) von Sheng et
al. (1999) vorgenommen: Die Autoren fanden, dass manche Spitzen, mit denen F-Actin-Filamente
gut aufgelöst wurden, einen Spitzeradius von ca. 1 nm und einen Konuswinkel von 30 ◦ bis 40 ◦
aufweisen müssen. Dies gilt für den Bereich der „vordersten“ ca. 5 nm bis 10 nm (entsprechend
dem Durchmesser der gemessenen Filamente von ca. 7 nm. Damit zeigt sich, dass auf handelsüblichen
Si 3 N 4 -Spitzen, für die globale Krümmungsradien von meist über 10 nm angegeben werden,
bisweilen Protrusionen bzw. Kontaminationen aufsitzen müssen, die beträchtlich „schärfer“ sind.
1.1.4 Wechselwirkungen Sensorspitze-Objekt
Da in dieser Arbeit alle Messungen in Flüssigkeit durchgeführt wurden, konzentriert sich die folgende
Darstellung auf diese Bedingung. Die bei Messungen an Luft relevanten Kapillarkräfte des
sich zwischen Spitze und Unterlage bildenden Flüssigkeitsmeniskus (Adsorbatfilme auf den Oberflächen)
müssen also nicht berücksichtigt werden (Weisenhorn et al., 1989; Apell et al., 1993).
In wässriger Lösung sind relevante Wechselwirkungen zum einen die im Wesentlichen attraktive
van-der-Waals-Kraft
F vdW = H R
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