Single particle analysis
ஒற்றைத் துகள் பகுப்பாய்வு என்பது டிரான்ஸ்மிஷன் எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கியிலிருந்து (டி. இ. எம்) படங்களை பகுப்பாய்வு செய்யப் பயன்படுத்தப்படும் தொடர்புடைய கணினிமயமாக்கப்பட்ட பட செயலாக்க நுட்பங்களின் குழுவாகும். துகள்களின் மாதிரிகள், பொதுவாக புரதங்கள் அல்லது வைரஸ்கள் போன்ற பிற பெரிய உயிரியல் பொருட்களின் TEM படங்களிலிருந்து பெறக்கூடிய தகவல்களை மேம்படுத்தவும் விரிவுபடுத்தவும் இந்த முறைகள் உருவாக்கப்பட்டன. கறை படிந்த அல்லது கறை படியாத துகள்களின் தனிப்பட்ட படங்கள் மிகவும் சத்தமாக உள்ளன, மேலும் அவற்றை விளக்குவது மிகவும் கடினம். ஒத்த துகள்களின் பல டிஜிட்டல் படங்களை ஒன்றாக இணைப்பது வலுவான மற்றும் எளிதில் விளக்கக்கூடிய அம்சங்களைக் கொண்ட ஒரு படத்தை வழங்குகிறது. இந்த நுட்பத்தின் விரிவாக்கம் துகள்களின் முப்பரிமாண புனரமைப்பை உருவாக்க ஒற்றை துகள் முறைகளைப் பயன்படுத்துகிறது. கிரையோ-எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கியைப் பயன்படுத்தி, அதிக சமச்சீர் வைரஸ்களின் விஷயத்தில் முதலில் துணை-நானோமீட்டர் தெளிவுத்திறன் மற்றும் அணு தெளிவுத்திறனுக்கு அருகிலுள்ள மறுசீரமைப்புகளை உருவாக்க முடியும், இப்போது சிறிய, சமச்சீரற்ற புரதங்களிலும். ஒற்றைத் துகள் பகுப்பாய்வு தூண்டப்பட்ட இணைந்த பிளாஸ்மா மாஸ் ஸ்பெக்ட்ரோஸ்கோபி (ஐ. சி. பி-எம். எஸ்) மூலமாகவும் செய்யப்படலாம். நுட்பங்கள் ஒற்றைத் துகள் பகுப்பாய்வு எதிர்மறையாக கறை படிந்த மற்றும் விட்ரியஸ் ஐஸ்-உட்பொதிக்கப்பட்ட டிரான்ஸ்மிஷன் எலக்ட்ரான் கிரையோமைக்ரோஸ்கோபி (கிரையோடிஇஎம்) மாதிரிகள் இரண்டிலும் செய்யப்படலாம். ஒற்றைத் துகள் பகுப்பாய்வு முறைகள், பொதுவாக, மாதிரியை ஒரே மாதிரியாக நம்பியுள்ளன, இருப்பினும் இணக்கமான பன்முகத்தன்மையைக் கையாள்வதற்கான நுட்பங்கள் உருவாக்கப்பட்டு வருகின்றன. படங்கள் (மைக்ரோகிராஃப்கள்) ஒரு எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கி மூலம் சார்ஜ் செய்யப்பட்ட-இணைக்கப்பட்ட சாதனம் (சிசிடி) டிடெக்டர்களைப் பயன்படுத்தி ஒரு பாஸ்போரேஸன்ட் அடுக்குடன் இணைக்கப்படுகின்றன (கடந்த காலத்தில், அவை படத்தில் சேகரிக்கப்பட்டு உயர்தர ஸ்கேனர்களைப் பயன்படுத்தி டிஜிட்டல் மயமாக்கப்பட்டன). பட செயலாக்கம் சிறப்பு மென்பொருள் நிரல்களைப் பயன்படுத்தி மேற்கொள்ளப்படுகிறது, இது பெரும்பாலும் பல செயலி கணினி கிளஸ்டர்களில் இயங்குகிறது. மாதிரி அல்லது விரும்பிய முடிவுகளைப் பொறுத்து, இரு பரிமாண அல்லது முப்பரிமாண செயலாக்கத்தின் பல்வேறு படிகள் செய்யப்படலாம். கூடுதலாக, ஒற்றைத் துகள் பகுப்பாய்வு ஒரு ஐ. சி. பி-எம். எஸ் அலகு பயன்படுத்தி ஒரு தனிப்பட்ட துகள் முறையில் செய்யப்படலாம். சீரமைப்பு மற்றும் வகைப்பாடு உயிரியல் மாதிரிகள், குறிப்பாக மெல்லிய கண்ணாடி பனியில் பதிக்கப்பட்ட மாதிரிகள், அதிக கதிர்வீச்சு உணர்திறன் கொண்டவை, எனவே மாதிரியை படமாக்க குறைந்த எலக்ட்ரான் அளவை மட்டுமே பயன்படுத்த முடியும். இந்த குறைந்த அளவு, அதே போல் பயன்படுத்தப்படும் உலோகக் கறையின் மாறுபாடுகள் (பயன்படுத்தப்பட்டால்) என்பது கவனிக்கப்படும் துகள் வழங்கிய சமிக்ஞையுடன் ஒப்பிடும்போது படங்கள் அதிக சத்தத்தைக் கொண்டுள்ளன என்பதாகும். பல ஒத்த படங்களை ஒருவருக்கொருவர் சீரமைப்பதன் மூலம் அவை பதிவேட்டில் உள்ளன, பின்னர் அவற்றை சராசரியாக வைத்திருப்பதன் மூலம், அதிக சமிக்ஞை-க்கு-சத்தம் விகிதம் கொண்ட ஒரு படத்தைப் பெற முடியும். சத்தம் பெரும்பாலும் சீரற்ற முறையில் விநியோகிக்கப்படுவதால், அடிப்படை படம் நிலையான அம்சங்களைக் கொண்டிருப்பதால், ஒவ்வொரு பிக்சலின் தீவிரத்தையும் பல படங்களில் சராசரியாக வைப்பதன் மூலம் நிலையான அம்சங்கள் மட்டுமே வலுப்படுத்தப்படுகின்றன. பொதுவாக, ஒரு படத்தை மற்றொரு படத்தில் வரைபடமாக்க உகந்த சீரமைப்பு (ஒரு மொழிபெயர்ப்பு மற்றும் ஒரு விமான சுழற்சி) குறுக்கு-தொடர்பு மூலம் கணக்கிடப்படுகிறது. இருப்பினும், ஒரு மைக்ரோகிராஃப் பெரும்பாலும் பல வேறுபட்ட நோக்குநிலைகள் மற்றும்/அல்லது இணக்கங்களில் துகள்களைக் கொண்டுள்ளது, எனவே அதிக பிரதிநிதித்துவ பட சராசரிகளைப் பெற, ஒத்த துகள் படங்களை பல தொகுப்புகளாக தொகுக்க ஒரு முறை தேவைப்படுகிறது. இது பொதுவாக பல தரவு பகுப்பாய்வு மற்றும் பட வகைப்பாட்டு வழிமுறைகளில் ஒன்றைப் பயன்படுத்தி மேற்கொள்ளப்படுகிறது, அதாவது பல மாறுபட்ட புள்ளிவிவர பகுப்பாய்வு மற்றும் படிநிலை ஏறும் வகைப்பாடு அல்லது கே-மீன்ஸ் கிளஸ்டரிங். பெரும்பாலும் பல்லாயிரக்கணக்கான துகள் படங்களின் தரவுத் தொகுப்புகள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன, மேலும் உகந்த தீர்வை அடைய சீரமைப்பு மற்றும் வகைப்பாட்டின் ஒரு மறு செய்கை செயல்முறை பயன்படுத்தப்படுகிறது, இதன் மூலம் வகைப்பாட்டின் மூலம் உற்பத்தி செய்யப்படும் வலுவான பட சராசரிகள் முழு தரவுத் தொகுப்பின் அடுத்தடுத்த சீரமைப்புக்கான குறிப்பு படங்களாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. பட வடிகட்டுதல் பட வடிகட்டுதல் (பேண்ட்-பாஸ் வடிகட்டுதல்) பெரும்பாலும் படங்களில் அதிக மற்றும்/அல்லது குறைந்த இடஞ்சார்ந்த அதிர்வெண் தகவல்களின் செல்வாக்கைக் குறைக்க பயன்படுத்தப்படுகிறது, இது சீரமைப்பு மற்றும் வகைப்பாடு நடைமுறைகளின் முடிவுகளை பாதிக்கலாம். இது எதிர்மறையான கறை படங்களுக்கு குறிப்பாக பயனுள்ளதாக இருக்கும். வழிமுறைகள் வேகமான ஃபோரியர் உருமாற்றங்களைப் (எஃப்எஃப்டி) பயன்படுத்துகின்றன, பெரும்பாலும் காஸியன் வடிவ மென்மையான முனைகள் கொண்ட முகமூடிகளை சில அதிர்வெண் வரம்புகளை அடக்குவதற்கு பரஸ்பர இடத்தில் பயன்படுத்துகின்றன. ஹை-பாஸ் வடிப்பான்கள் குறைந்த இடஞ்சார்ந்த அதிர்வெண்களை (வளைவு அல்லது சாய்வு விளைவுகள் போன்றவை) அகற்றி, அதிக அதிர்வெண்களை அப்படியே விட்டுவிடுகின்றன. குறைந்த-பாஸ் வடிப்பான்கள் அதிக இடஞ்சார்ந்த அதிர்வெண் அம்சங்களை அகற்றி, சிறந்த விவரங்களில் மங்கலான விளைவை ஏற்படுத்துகின்றன. மாறுபாடு பரிமாற்ற செயல்பாடு எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கியில் பட உருவாக்கத்தின் தன்மை காரணமாக, பிரகாசமான புலம் TEM படங்கள் குறிப்பிடத்தக்க அண்டர்ஃபோகஸைப் பயன்படுத்தி பெறப்படுகின்றன. இது, நுண்ணோக்கியின் லென்ஸ் அமைப்பில் உள்ளார்ந்த அம்சங்களுடன், ஒரு புள்ளி பரவல் செயல்பாடாக தெரியும் சேகரிக்கப்பட்ட படங்களின் மங்கலை உருவாக்குகிறது. இமேஜிங் நிலைமைகளின் ஒருங்கிணைந்த விளைவுகள் மாறுபட்ட பரிமாற்ற செயல்பாடு (சி. டி. எஃப்) என்று அழைக்கப்படுகின்றன, மேலும் கணித ரீதியாக பரஸ்பர இடத்தில் ஒரு செயல்பாடாக தோராயமாக மதிப்பிடப்படலாம். கட்ட புரட்டுதல் மற்றும் வீச்சு திருத்தம்/வீனர் வடிகட்டுதல் போன்ற சிறப்பு பட செயலாக்க நுட்பங்கள் சி. டி. எஃப்-க்கு (குறைந்தபட்சம் ஓரளவு) சரிசெய்ய முடியும், மேலும் உயர் தெளிவுத்திறன் புனரமைப்புகளை அனுமதிக்கின்றன. முப்பரிமாண புனரமைப்பு பரிமாற்ற எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கி படங்கள் என்பது மருத்துவ எக்ஸ்-கதிர்களைப் போலவே பொருளின் வழியாக அடர்த்தி பரவுவதைக் காட்டும் பொருளின் கணிப்புகள் ஆகும். ப்ரொஜெக்ஷன்-ஸ்லைஸ் தேற்றத்தைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம், பார்வைக் கோணங்களின் வரம்பிலிருந்து எடுக்கப்பட்ட பொருளின் பல படங்களை (2 டி கணிப்புகள்) இணைப்பதன் மூலம் பொருளின் முப்பரிமாண புனரமைப்பை உருவாக்க முடியும். விட்ரியஸ் பனியில் உள்ள புரதங்கள் சீரற்ற நோக்குநிலைகளின் (அல்லது கோணங்களைப் பார்ப்பது) விநியோகத்தை ஏற்றுக்கொள்கின்றன, இது அதிக எண்ணிக்கையிலான துகள் படங்களைப் பயன்படுத்தினால் மிகவும் ஐசோட்ரோபிக் புனரமைப்பை அனுமதிக்கிறது. இது எலக்ட்ரான் டோமோகிராஃபியுடன் முரண்படுகிறது, அங்கு மாதிரி/இமேஜிங் அமைப்பின் வடிவியல் காரணமாக பார்வை கோணங்கள் மட்டுப்படுத்தப்பட்டுள்ளன, இது ஒரு அனிசோட்ரோபிக் புனரமைப்பை வழங்குகிறது. பல மாற்று வழிமுறைகள் இருந்தாலும், ஒற்றைத் துகள் பகுப்பாய்வில் 3டி மறுசீரமைப்புகளை உருவாக்குவதற்கு பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படும் முறை வடிகட்டப்பட்ட பின்னோக்கிய திட்டமாகும். ஒரு புனரமைப்பைச் செய்வதற்கு முன், ஒவ்வொரு படத்திலும் உள்ள பொருளின் நோக்குநிலையை மதிப்பிட வேண்டும். ஒவ்வொரு படத்தின் ஒப்பீட்டு ஆய்லர் கோணங்களை கணக்கிட பல முறைகள் உருவாக்கப்பட்டுள்ளன. சில பொதுவான கோடுகளை அடிப்படையாகக் கொண்டவை (பொதுவான 1டி கணிப்புகள் மற்றும் சைனோகிராம்கள்), மற்றவை மறு செய்கை கணிப்பு பொருந்தும் வழிமுறைகளைப் பயன்படுத்துகின்றன. பிந்தையது ஒரு எளிய, குறைந்த தெளிவுத்திறன் கொண்ட 3D தொடக்க மாதிரியுடன் தொடங்கி வேலை செய்கிறது மற்றும் சோதனை படங்களை மாதிரியின் கணிப்புகளுடன் ஒப்பிடுகிறது மற்றும் ஒரு தீர்வை நோக்கி துவக்குவதற்கு ஒரு புதிய 3D ஐ உருவாக்குகிறது. உள்ளார்ந்த சுழல் சமச்சீர்மையைப் பயன்படுத்தி, சுழல் மாதிரிகளின் (புகையிலை மொசைக் வைரஸ் போன்றவை) 3D புனரமைப்புகளைச் செய்வதற்கான முறைகளும் கிடைக்கின்றன. இந்த மாதிரிகளுக்கு ரியல் ஸ்பேஸ் முறைகள் (ஹெலிக்ஸின் பிரிவுகளை ஒற்றைத் துகள்களாக கருதுதல்) மற்றும் பரஸ்பர விண்வெளி முறைகள் (விலகல் வடிவங்களைப் பயன்படுத்துதல்) ஆகிய இரண்டையும் பயன்படுத்தலாம். சாய்வு முறைகள் நுண்ணோக்கியின் மாதிரி கட்டத்தை சாய்க்க முடியும் (பொதுவாக ஒற்றை அச்சில்), இது சீரற்ற கூம்பு சாய்வு எனப்படும் ஒற்றை துகள் நுட்பத்தை அனுமதிக்கிறது. மாதிரியின் ஒரு பகுதி பூஜ்ஜியம் மற்றும் உயர் கோணத்தில் (~ 60-70 டிகிரி) சாய்வுகளில் அல்லது ஆர்த்தோகனல் சாய்வு புனரமைப்பின் தொடர்புடைய முறையின் விஷயத்தில், + 45 மற்றும்-45 டிகிரி ஆகிய இரண்டிலும் படம்பிடிக்கப்படுகிறது. இரண்டு வெவ்வேறு சாய்வுகளில் (சாய்வு ஜோடிகள்) ஒரே பொருளுடன் தொடர்புடைய துகள்களின் ஜோடிகள் தேர்ந்தெடுக்கப்படுகின்றன, மேலும் அடுத்தடுத்த சீரமைப்பு மற்றும் வகைப்பாடு படிகளில் பயன்படுத்தப்படும் அளவுருக்களைப் பின்பற்றுவதன் மூலம் முப்பரிமாண புனரமைப்பை ஒப்பீட்டளவில் எளிதாக உருவாக்க முடியும். ஏனென்றால், ஒவ்வொரு துகள்களின் பார்வை கோணமும் (மூன்று ஆய்லர் கோணங்கள் என வரையறுக்கப்படுகிறது) சாய்ந்த வடிவவியலில் இருந்து அறியப்படுகிறது. சீரற்ற கூம்பு சாய்விலிருந்து 3D புனரமைப்புகள் வரையறுக்கப்பட்ட நோக்குநிலைகளின் விளைவாக காணாமல் போன தகவல்களால் பாதிக்கப்படுகின்றன. காணாமல் போன கூம்பு என்று அழைக்கப்படுகிறது (பரஸ்பர இடத்தில் வடிவம் காரணமாக), இது 3D வரைபடங்களில் சிதைவுகளை ஏற்படுத்துகிறது. இருப்பினும், காணாமல் போன கூம்பு சிக்கலை பெரும்பாலும் பல சாய்வு புனரமைப்புகளை இணைப்பதன் மூலம் சமாளிக்க முடியும். சாய்வு முறைகள் எதிர்மறையாக கறை படிந்த மாதிரிகளுக்கு மிகவும் பொருத்தமானவை, மேலும் விருப்பமான நோக்குநிலைகளில் கார்பன் ஆதரவு படத்துடன் உறிஞ்சும் துகள்களுக்கு பயன்படுத்தப்படலாம். சார்ஜிங் அல்லது பீம்-தூண்டப்பட்ட இயக்கம் என்று அழைக்கப்படும் நிகழ்வு, கண்ணாடி பனியில் மாதிரிகளின் உயர்-சாய்ந்த படங்களை சேகரிப்பது சவாலானது. வரைபடக் காட்சிப்படுத்தல் மற்றும் பொருத்துதல் 3டி வரைபடங்களைப் பார்க்க அனுமதிக்கும் பல்வேறு மென்பொருள் நிரல்கள் கிடைக்கின்றன. இவை பெரும்பாலும் எலக்ட்ரான் அடர்த்திக்குள் துணை அலகுகளின் புரத ஆயத்தொகுதிகளில் (எக்ஸ்-ரே படிகவியல் அல்லது என். எம். ஆரின் கட்டமைப்புகள்) கைமுறையாக இணைக்க பயனருக்கு உதவுகின்றன. பல நிரல்கள் துணை அலகுகளையும் கணக்கீட்டு ரீதியாக பொருத்தலாம். ஒற்றைத் துகள் ஐ. சி. பி-எம். எஸ் ஒற்றைத் துகள்-தூண்டப்பட்ட பிளாஸ்மா-மாஸ் ஸ்பெக்ட்ரோஸ்கோபி (எஸ். பி-ஐ. சி. பி-எம். எஸ்) சுற்றுச்சூழல் திரவங்களின் மாதிரிகளில் இடைநீக்கம் செய்யப்பட்ட துகள்களைக் கண்டறிந்து அளவிடுவதற்கும், அவற்றின் இடம்பெயர்வை மதிப்பிடுவதற்கும், துகள்களின் அளவு மற்றும் அவற்றின் விநியோகத்தை மதிப்பிடுவதற்கும், கொடுக்கப்பட்ட சூழலில் அவற்றின் ஸ்திரத்தன்மையை தீர்மானிப்பதற்கும் பல பகுதிகளில் பயன்படுத்தப்படுகிறது. 2000 ஆம் ஆண்டில் கிளாட் டெகுவெல்ட்ரே என்பவரால் துகள் இடைநீக்கங்களுக்காக எஸ். பி-ஐ. சி. பி-எம். எஸ் வடிவமைக்கப்பட்டது. ஜெனீவா பல்கலைக்கழகத்தின் ஃபோர்ல் இன்ஸ்டிடியூட்டில் இந்த புதிய முறையை முதன்முதலில் பரிசோதித்த அவர், இந்த புதிய பகுப்பாய்வு அணுகுமுறையை 2002 ஆம் ஆண்டு வசந்த காலத்தில் நடந்த ஈ. எம். ஆர். எஸ் கூட்டத்தின் போதும், 2003 ஆம் ஆண்டு நடவடிக்கைகளிலும் 'கொலாய்டு 2ஓ2' சிம்போசியத்தில் முன்வைத்தார். இந்த ஆய்வு எஸ். பி. ஐ. சி. பி-எம். எஸ் கோட்பாடு மற்றும் களிமண் துகள்கள் (மோன்ட்மோரிலோனைட்) மற்றும் கொலாய்டுகளின் பிற இடைநீக்கங்கள் மீது மேற்கொள்ளப்பட்ட சோதனைகளின் முடிவுகளை முன்வைக்கிறது. இந்த முறை பின்னர் தோரியம் டை ஆக்சைடு நானோ துகள்களில் டெகுவெல்ட்ரே & ஃபேவர்ஜர் (2004), சிர்கோனியம் டை ஆக்சைடு டெகுவெல்ட்ரே மற்றும் பலர் (2004) மற்றும் தங்க நானோ துகள்கள் மூலம் சோதிக்கப்பட்டது, அவை நானோ மருந்தியலில் அடி மூலக்கூறாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன, மேலும் டெகுவெல்ட்ரே மற்றும் பலர் (2006) வெளியிட்டனர். அதைத் தொடர்ந்து, யுரேனியம் டை ஆக்சைடு நானோ-மற்றும் நுண் துகள்கள் பற்றிய ஆய்வு ஒரு விரிவான வெளியீட்டிற்கு வழிவகுத்தது. டிஜுவெல்ட்ரே மற்றும் பலர் (2006). 2010 முதல் எஸ். பி. ஐ. சி. பி-எம். எஸ். க்கான ஆர்வம் வெடித்துள்ளது. புரதத் தொகுப்பு, தசைநார் பிணைப்பு மற்றும் ஆர்என்ஏ தொடர்பு பற்றிய முக்கியமான தகவல்களை இந்த புதிய நுட்பத்தைப் பயன்படுத்தி 7,5 முதல் 25 ஆல் நடுத்தரத் தீர்மானங்களில் பெறலாம். மெத்தனோகாக்கஸ் மாரிபாலுடிஸ் சேப்பரோனின், 0.43 நானோமீட்டர் தெளிவுத்திறனுக்கு மறுசீரமைக்கப்பட்டது. இந்த பாக்டீரியா புரத வளாகம் மற்ற புரதங்களை மடிப்பதற்கான ஒரு இயந்திரமாகும், அவை ஷெல்லுக்குள் சிக்கிக் கொள்கின்றன. 0. 09 நானோமீட்டர் தெளிவுத்திறனில் ஈஸ்ட் இருந்து கொழுப்பு அமிலம் சிந்தேஸ். இந்த பெரிய நொதி வளாகம் செல்லுலார் வாழ்க்கைக்கு அவசியமான நீண்ட சங்கிலி கொழுப்பு அமிலங்களை உருவாக்குவதற்கு பொறுப்பாகும். அக்வாரியோ வைரஸின் 0.33 நானோமீட்டர் மறுசீரமைப்பு. இந்த வைரஸ்கள் மீன் மற்றும் பிற நீர்வாழ் விலங்குகளை பாதிக்கின்றன. அமினோ அமில பக்க சங்கிலி அடர்த்திகளை எளிதில் காணக்கூடிய அளவுக்கு இந்த புனரமைப்பு அதிக தெளிவுத்திறனைக் கொண்டுள்ளது. முதன்மை தரவுத்தளம் ஈ. எம். தரவு வங்கி (ஈ. எம். தரவு வங்கி) குறிப்புகள் வெளிப்புற இணைப்புகள் நுண்ணோக்கி புரத அமைப்பு பட செயலாக்கம்