Microsc. Microanal. Microstruct. 3, 457-470 (1992)
DOI: 10.1051/mmm:0199200306045700

Comparative observations of biological specimens, especially DNA and filamentous actin molecules in atomic force, tunnelling and electron microscopes

Etienne Delain¹, Alain Fourcade¹, Jean-Claude Poulin², Agnès Barbin¹, Dominique Coulaud¹, Eric Le Cam¹ et Emmanuel Paris<sup>3

1</sup>  Laboratoire de Microscopie cellulaire et moléculaire, URA 147 du Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut Gustave Roussy, F-94805 Villejuif Cedex, France
²  Laboratoire de Synthèse asymétrique, URA 1497 du Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Bâtiment 420, F-91405 Orsay Cedex, France
³  Instrumat, BP n°86, F-91943 Les Ulis Cedex A, France

Abstract
The conditions for the adsorption onto mica of Tobacco Mosaic Virus (TMV), proteins or double-stranded DNA, for their observation with an Atomic Force Microscope (AFM) are described. The optimization of adsorption conditions for DNA spreading out was achieved by observing replicas with a transmission electron microscope (TEM); Mg2+ or Ca2+ ions in the DNA solution and its washing out with diluted uranium salts are necessary to provide reproducible results. Observations have been done in air or in liquids in a NanoScope equipped with commercial Si3N 4 or silicium tips. Contour length measurements are very close to the theoretical values; however the apparent width of all the observed molecules is much greater than their actual diameter, due to the relatively large radius of curvature of the tips. The best results were obtained with sharper silicium tips used in a propanol- or water-containing liquid stage, or by imaging with the new "ThppingMode^TM". Specimens, rendered conductive by metallization, or the mica facing side of replicas were observed in a Scanning Tunnelling Microscope (STM) with results similars to the best AFM observations.

Résumé
Cet article décrit les conditions permettant d'adsorber sur du mica du virus de la Mosaique du Tabac (TMV), des protéines ou de 1'ADN double-chaîne, pour leur observation en Microscopie de Force Atomique (AFM). L'optimisation des conditions d'étalement de 1'ADN a été faite à l'aide de répliques observées dans un microscope électronique à transmission (TEM); la présence d'ions Mg2+ ou Ca2+ et un lavage avec une solution diluée de sels d'uranium sont nécessaires pour obtenir des résultats reproductibles. Les observations ont été faites dans 1'air ou dans un liquide avec un NanoScope équipé de pointes commerciales en Si3N 4 ou en silicium. Si la longueur de l'ADN circulaire est très proche de sa valeur théorique, la largeur apparente de toutes les molécules observées est bien supérieure à leur taille réelle, du fait du relativement grand rayon de courbure de la pointe. Les meilleurs résultats ont été obtenus en milieu liquide (eau ou propanol) avec des pointes en silicium, ou en utilisant le nouveau "TappingMode^TM". Des échantillons métallisés, ainsi que la face des répliques qui était en contact avec le mica, ont été observés dans un Microscope à effet Tunnel (STM) et ont donné des résultats comparables à ceux obtenus en AFM dans les meilleures conditions.

PACS
8764D - Scanning tunneling and atomic force microscopy.
8715 - Biomolecules: structure and physical properties.
0660E - Sample preparation (including design of sample holders).
8714G - DNA, RNA.

Key words
Atomic force microscopy -- TEM -- Comparative study -- DNA -- Adsorbed state -- Biological specimen preparation -- Double stranded DNA -- Proteins -- Actin -- Reproducibility -- Tapping mode -- Mica substrate


© EDP Sciences 1992