Design and construction of a scanning Ion conductance microscope

Samuel Mendes Leitão

Key information

Authors:

Samuel Mendes Leitão (Samuel Mendes Leitão)

Supervisors:

Carla da Conceição Caramujo Rocha de Carvalho (Carla da Conceição Caramujo Rocha de Carvalho); Georg Fantner

Published in

11/23/2015

Abstract

Microscopia de condutância iónica (SICM) usa correntes iónicas para gerar imagens topográficas e estudar a superfície de células vivas em detalhe. Este tipo de microscopia de sonda tem provado ser uma ferramenta bastante útil para na compreensão de sistemas biológicos, com uma vasta área de aplicações. Este projeto descreve a conceção e construção inovadora de um SICM. Mais especificamente, o projeto envolve todo o design mecânico e instrumentação, assim como a criação de um sistema eletroquímico que gera a corrente usada nas medições. Um inovador sistema de controlo foi desenvolvido, incluindo o software de aquisição. Complementarmente, foi criada uma aplicação que simula modos operacionais em SICM e que caracteriza as nanopipetas. No final, a performance do microscópio desenvolvido foi testada para um novo modo operacional- Sensitive Backstep Hopping Mode. Imagens topográficas de estruturas complexas não aderentes foram obtidas com sucesso assim como resoluções abaixo do limite da difração de luz. Scanning ion conductance microscopy (SICM) uses ionic currents for topography imaging to study surface details in living cells. This type of scanning probe microscopy has proven to be a powerful tool for the deeper understanding of biological systems, with a large branch of applications. Here, we describe an innovative design and construction of a SICM from scratch. In this respect, the project involves all mechanical design and instrumentation, as well as the creation of an electrochemical system that generates the low current used in the measurements. A new control system, including the acquisition software and hardware communication, has been created. Complementary, a compact software that simulates SICM imaging modes and characterize pipettes was developed. Towards the end, we evaluate the scanning performance for of an innovative sensitive backstep hopping mode. An accurate tracking of the setpoint during a measurement was reported for the scanning of complex and non-adherent structures, under the diffraction limit.