Rasterkraftmikroskopische Untersuchungen an nativen biologischen ...

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GRUNDLAGEN UND METHODEN 1 Rasterkraftmikroskopie Abbildung 7: Versuchsaufbau mit Topometrix Discoverer. Oben links: geänderte Aufhängung des Kraftmikroskops mitttels Silikonschlauch an mit Plastillin schwingungsgedämpften Möbelbeinen, B: Binokular für Justierungsarbeiten, K: Messkopf, M: Metallblock als Basis für Scanner und Messkopf (oben rechts ist der Metallblock bei abgenommenem Messkopf mit dem fest montierten Scanner sichtbar), S: Scanner mit Präparat, V: Videomikroskop für die Betrachtung des Präparats. F: Aufbau der in den Messkopf passenden Sensorhalterung für Messungen in Flüssigkeit (Eigenbau A. Linder). Photos: U. Weiland, A. Linder; Zeichnung: A. Linder. 25
GRUNDLAGEN UND METHODEN 1 Rasterkraftmikroskopie schwendung und es ergeben sich deutliche Quantelungsartefakte. Nach Umrüstung auf die analog regelnde ECU-Platine wurde der maximale Hub und damit die Ausnutzung der 16 Bit Auflösung automatisch eingestellt (optimal wäre eine manuelle Einstellbarkeit gewesen, da für die automatische Einstellung eine nicht kontrollierbare diagonale Rasterungsbewegung ausgeführt wird, die u. U. das empfindliche Präparat bereits vor der eigentlichen Rasterung beschädigen kann). An dem Discoverer-Aufbau wurden umfangreiche Umbauten vorgenommen, damit konnte aber lediglich ein Teil dieser Mängel beseitigt werden (Abb. 7, s. auch 1.3.2 - 1.3.4). Der Topometrix Explorer hat sich als zu anfällig gegen Vibrationen erwiesen und war unter den gegebenen Bedingungen nicht sinnvoll einsetzbar. Da hier teilweise grundsätzliche bauartbedingte Mängel eine Rolle spielen (z. B. große schwingende Masse, da die Laseroptik beim Rastern des Sensors mitbewegt wird), wurde auf weitere Optimierungen verzichtet und dieser Messkopf nur für Vorversuche eingesetzt. Das System Nanoscope (Digital Instruments, Mannheim) besteht aus einem Kraftmikroskop mit Rasterung des Präparats, Modell „Multimode“ MMAFM-2 (Abb. 9), und dem Nanoscope IIIa Controller (Elektronikeinheit). Der Messrechner ist mit zwei Monitoren ausgestattet (für SFM- Bild bzw. Steuerungsparameter), die Mess-Software Nanoscope, Version 4.31r6, läuft direkt unter dem Betriebssystem MS-DOS. Die PI-Regelung des Piezohubs ist digital implementiert (vgl. auch Flussdiagramm Abb. 8). Die Abtastrate der Analog/Digital- bzw. Digital/Analog-Wandler des DSP-Boards beträgt 62,5 kHz, die Auflösung 16 bit. Es standen zwei Scanner zur Verfügung, die beide jeweils aus zwei Röhrenpiezos aufgebaut sind (ein segmentierer Piezo für x,y und ein unsegmentierter für z, Abb. 9 D). Der E-Scanner (AS-12, x,y: 10 µm, z: 2,5 µm) ist für hochauflösende Messungen an rekonstituierten Proteinen besonders geeignet, sein lateraler Hub ist aber noch groß genug für Übersichtsaufnahmen der jeweiligen Präparation; die Scannereinheit ist mit zwei justierbaren Auflageschrauben für den Messkopf sowie einer dritten für Motorbetrieb ausgestattet. Der JV-Scanner (mit „vertical engage“, AS-130, x,y: 125 µm, z: 5 µm) ist universell einsetzbar, die Scannereinheit besitzt eine Mechanik für exaktes automatisches Herunterfahren auf die gewünschte Stelle des Präparats ohne seitlichen Versatz, daher ist auch keine manuelle Justierung der Neigung des Messkopfes nötig. Beide Scanner sind gekapselt und gegen das Gehäuse mit Silicon gedämpft. Für die Auswertung der Bilddaten steht zusätzlich eine spezielle Version der Nanoscope-Software (Workstation-Version 4.42r1) zur Verfügung, die nur die Offline-Bildverarbeitungsfunktionen enthält und die bei Bedarf auf einem separaten Rechner unter Windows NT 4.0 betrieben werden kann. Für die Messungen an Zellen wurden oxidgeschärfte Sensorspitzen aus Siliziumnitrid von Park Scientific Instruments (MSCT-AUNM, ATOS, Pfungstadt) an triangelförmigen goldbedampften Federbalken (Länge: 320 µm, Dicke: 600 nm) mit einer Federkonstanten von 0.01 N/m verwen- 26
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