Performing quantitative MFM measurements on soft magnetic nanostructures.

We have extended our previous work (Rawlings et al 2010 Phys. Rev. B 82 085404) on simulating magnetic force microscopy (MFM) images for magnetically soft samples to include an accurate representation of coated MFM tips. We used an array of square 500 nm nanomagnets to evaluate our improved MFM model. A quantitative comparison between model and experiment was performed for lift heights ranging from 20 to 100 nm. No fitting parameters were used in our comparison. For all lift heights the qualitative agreement between model and experiment was significantly improved. At low lift heights, where the magnetic signal was strong, the difference between theory and experiment was less than 30%.

The inverse problem in magnetic force microscopy--inferring sample magnetization from MFM images.

Nanomagnetic structures have the potential to surpass silicon's scaling limitations both as elements in hybrid CMOS logic and as novel computational elements. Magnetic force microscopy (MFM) offers a convenient characterization technique for use in the design of such nanomagnetic structures. MFM measures the magnetic field and not the sample's magnetization. As such the question of the uniqueness of the relationship between an external magnetic field and a magnetization distribution is a relevant one. To study this problem we present a simple algorithm which searches for magnetization distributions consistent with an external magnetic field and solutions to the micromagnetic equations' qualitative features. The algorithm is not computationally intensive and is found to be effective for our test cases. On the basis of our results we propose a systematic approach for interpreting MFM measurements.

MFM imaging of micron-sized permalloy ellipses

The magnetic domain structure of micron-sized elliptic permalloy elements has been studied by magnetic force microscope (MFM) measurements, and has been compared to results from micromagnetic simulations. The elements all have the same aspect ratio, whereas the inter-elemental distance has been varied. Both the zero-field states and in field domain configurations have been studied. In zero-applied field, two different stable flux-closure states were found in both the MFM measurements and in the simulations. The different stable domain states occur as a result of minute differences in the local magnetic environment occurring during the demagnetization process. (C) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

Palladin, a novel microfilament protein

Palladin is a novel actin microfilament associated protein, which together with myotilin and myopalladin forms a novel cytoskeletal IgC2 domain protein family. Whereas the expression of myotilin and myopalladin is limited mainly to striated muscle, palladin is widely expressed in both epithelial and mesenchymal tissues, including heart and the nervous system. Palladin has a complex genetic structure and it is expressed as several different sized and structured splice variants, which also display differences in their expression pattern and interactions. In muscle cells, all the family members localize to the sarcomeric Z-disc, and in non-muscle cells palladin also localizes to the stress-fiber-dense regions, lamellipodia, podosomes and focal adhesions. A common feature of this protein family is the binding to α-actinin, but other interactions are mostly unique to each member. Palladin has been shown to interact with several proteins, including VASP, profilin, Eps8, LASP-1 and LPP. Its domain structure, lack of enzymatic activity and multiple interactions define it as a molecular scaffolding protein, which links together proteins with different functional modalities into large complexes. Palladin has an important role in cytoskeletal regulation, particularly in stress fiber formation and stabilization. This assumption is supported by several experimental results. First, over-expression of palladin in non-muscle cells results in rapid reorganization of the actin cytoskeleton and formation of thick actin bundles. Second, the knock-down of palladin with anti-sense and siRNA techniques or knock-out by genetic methods leads to defective stress fiber formation. Furthermore, palladin is usually up-regulated in situations requiring a highly organized cytoskeleton, such as differentiation of dendritic cells, trophoblasts and myofibroblasts, and activation of astrocytes during glial scar formation. The protein family members have also direct disease linkages; myotilin missense mutations are the cause of LGMD1A and myofibrillar myopathy. Palladin mutations and polymorphisms, on the other hand, have been linked to hereditary pancreatic cancer and myocardial infarction, respectively. In this study we set out to characterize human palladin. We identified several palladin isoforms, studied their tissue distribution and sub-cellular localization. Four novel interaction partners were identified; ezrin, ArgBP2, SPIN90 and Src-kinase.The previously identified interaction between palladin and α-actinin was also characterized in detail. All the identified new binding partners are actin cytoskeleton associated proteins; ezrin links the plasma membrane to the cytoskeleton, ArgBP2 and SPIN90 localize, among other structures, to the lamellipodia and in cardiomyocytes to the Z-disc. Src is a transforming tyrosine kinase, which besides its role in oncogenesis has also important cytoskeletal associations. We also studied palladin in myofibroblasts, which are specialized cells involved in diverse physiological and pathological processes, such as wound healing and tissue fibrosis. We demonstrated that palladin is up-regulated during the differentiation of myofibroblasts in an isoform specific manner, and that this up-regulation is induced by TGF-β via activation of both the SMAD and MAPK signalling cascades. In summary, the results presented here describe the initial characterization of human palladin and offer a basis for further studies.

Novel insights on functions of myotilin/palladin family members

Poikkijuovaisen luuranko- ja sydänlihaksen supistumisyksikkö, sarkomeeri, koostuu tarkoin järjestyneistä aktiini- ja myosiinisäikeistä. Rakenne eroaa muista solutyypeistä, joissa aktiinisäikeistö muovautuu jatkuvasti ja sen järjestyminen säätelee solun muotoa, solujakautumista, soluliikettä ja solunsisäisten organellien kuljetusta. Myotilin, palladin ja myopalladin kuuluvat proteiiniperheeseen, jonka yhteispiirteenä ovat immunoglobuliinin kaltaiset (Igl) domeenit. Proteiinit liittyvät aktiinitukirankaan ja niiden arvellaan toimivan solutukirangan rakenne-elementteinä ja säätelijöinä. Myotilinia ja myopalladinia ilmennetään poikkijuovaisessa lihaksessa. Sen sijaan palladinin eri silmukointimuotoja tavataan monissa kudostyypeissä kuten hermostossa, ja eri muodoilla saattaa olla solutyypistä riippuvia tehtäviä. Poikkijuovaisessa lihaksessa kaikki perheen jäsenet sijaitsevat aktiinisäikeitä yhdistävässä Z-levyssä ja ne sitovat Z-levyn rakenneproteiinia, -aktiniinia. Myotilingeenin pistemutaatiot johtavat periytyviin lihastauteihin, kun taas palladinin mutaatioiden on kuvattu liittyvän periytyvään haimasyöpään ja lisääntyneeseen sydäninfarktin riskiin. Tässä tutkimuksessa selvitettin myotilinin ja pallainin toimintaa. Kokeissa löydettiin uusia palladinin 90-92kDa alatyyppiin sitoutuvia proteiineja. Yksi niistä on aktiinidynamiikkaa säätelevä profilin. Profilinilla on kahdenlaisia tehtäviä; se edesauttaa aktiinisäikeiden muodostumista, mutta se voi myös eristää yksittäisiä aktiinimolekyylejä ja edistää säikeiden hajoamista. Solutasolla palladinin ja profilinin sijainti on yhtenevä runsaasti aktiinia sisältävillä solujen reuna-alueilla. Palladinin ja profilinin sidos on heikko ja hyvin dynaaminen, joka sopii palladinin tehtävään aktiinisäideiden muodostumisen koordinoijana. Toinen palladinin sitoutumiskumppani on aktiinisäikeitä yhteensitova -aktiniini. -Aktiniini liittää solutukirangan solukalvon proteiineihin ja ankkuroi solunsisäisiä viestintämolekyylejä. Sitoutumista välittävä alue on hyvin samankaltainen palladinissa ja myotilinissa. Luurankolihaksen liiallinen toistuva venytys muuttaa Z-levyjen rakennetta ja muotoa. Prosessin aikana syntyy uusia aktiinifilamenttejä sisältäviä tiivistymiä ja lopulta uusia sarkomeereja. Löydöstemme perusteella myotilinin uudelleenjärjestyminen noudattaa aktiinin muutoksia. Tämä viittaa siihen, että myotilin liittää yhteen uudismuodostuvia aktiinisäikeitä ja vakauttaa niitä. Myotilin saattaa myös ankkuroida viesti- tai rakennemolekyylejä, joiden tehtävänä on edesauttaa Z-levyjen uudismuodostusta. Tulostemme perusteella arvelemme, että myotilin toimii Z-levyjen rakenteen vakaajana ja aktiinisäikeiden säätelijänä. Palladinin puute johtaa sikiöaikaiseen kuolemaan hiirillä, mutta myotilinin puutoksella ei ole samanlaisia vaikutuksia. Tuotettujen myotilin poistogeenisten hiirten todetiin syntyvän ja kehittyvän normaalisti eikä niillä esiintynyt rakenteellisia tai toiminnallisia häiriöitä. Toisaalta aiemmissa kokeissa, joissa hiirille on siirretty ihmisen lihastautia aikaansaava myotilingeeni, nähdään samankaltaisia kuin sairailla ihmisillä. Näin ollen muuntunut myotilin näyttä olevan lihaksen toiminnalle haitallisempi kuin myotilinin puute. Myotilinin ja palladinin yhteisvaikutusta selvittääksemme risteytimme myotilin poistegeenisen hiiren ja hiirilinjan, joka ilmentää puutteellisesti palladinin 200 kDa muotoa. Puutteellisesti 200 kDa palladinia ilmentävien hiirten sydänlihaksessa todettiin vähäisiä hienorakenteen muutoksia, mutta risteytetyillä hiirillä tavattiin rakenteellisia ja toiminnallisia muutoksia myös luurankolihaksessa. Tulosten perusteella voidaan todeta, että palladinin 200 kDa muoto säätelee sydänlihassolujen rakennetta. Luurankolihaksessa sen sijaan myotilinilla ja palladinilla näyttäisi olevan päällekkäisiä tehtäviä.

Magnetic properties and magnetic domain structure of bulk glass forming Nd60Al10Fe20Co10 alloy

The transition from hard to soft magnetic behaviour with increasing quenching rate is shown for Nd60WAl10Fe20Co10 melt-spun ribbons with different thickness. Microstructure and magnetic domain structure of ribbons were studied by magnetic force microscopy (MFM). Particle sizes < 5 nm decreasing gradually with increasing quenching rate were deduced from topographic images which differ from large-scale magnetic domains with a periodicity of about 350 nm in all ribbons irrespective the coercivity. This indicates that the magnetic properties of the alloy are governed by interaction of small magnetic particles. It is concluded that the presence of short-range-ordered structures with a local ordering similar to the Al metastable Nd-Fe binary phase is responsible for the hard magnetic properties in samples subjected to relatively low quenching rate.