Mikroskoopin AFM-toimintaperiaatteen kolmen toimintatilan vertailu
yhteystila
Kontaktitilassa kärki on aina kevyessä kosketuksessa näytteen kanssa, skannaus vakiokorkeudessa tai vakiovoimatilassa. Skannauksen aikana kärki liukuu näytteen pinnan yli. Yleensä kontaktitila tuottaa vakaat, korkearesoluutioiset kuvat.
Jos pehmeä näyte skannataan kosketustilassa, näytteen pinta voi vaurioitua suorasta kosketuksesta neulan kärkeen. Jos näytteen ja kärjen välinen voima heikkenee skannauksen aikana näytteen suojelemiseksi, kuva voi vääristyä tai siihen voi tulla artefakteja. Samalla pinnan kapillaaritoiminta vähentää myös resoluutiota. Siksi kontaktitila ei yleensä sovellu biologisten makromolekyylien, alhaisen kimmokerroin omaavien näytteiden ja helposti siirrettävien ja muotoutuvien näytteiden tutkimiseen.
kontaktiton tila
Kosketuksettomassa tilassa kärki tärisee näytteen pinnan yläpuolella, ei koskaan kosketuksissa näytteeseen, ja anturin monitori havaitsee tuhoamattomat pitkän kantaman voimat, kuten van der Waalsin ja sähköstaattiset voimat kuvatussa näytteessä. Vaikka tämä tila lisää mikroskoopin herkkyyttä, kun neulan kärjen ja näytteen välinen etäisyys on pitkä, resoluutio on pienempi kuin kosketustilassa ja taputustilassa, ja kuvantaminen on epävakaa ja toiminta suhteellisen vaikeaa. Nestekuvannolla on suhteellisen vähän sovelluksia biologiassa.
napautustila
Koputustilassa uloke pakotetaan värähtelemään lähellä resonanssitaajuuttaan, ja värähtelevä kärki koskettaa varovasti näytteen pintaa muodostaen ajoittaisen kosketuksen näytteen kanssa, joten sitä kutsutaan myös katkonaiseksi kosketusmoodiksi. Koputustilan ansiosta on mahdollista välttää kärjen tarttuminen näytteeseen, eikä näyte vaurioidu lähes lainkaan skannauksen aikana. Kun koputustilan kärki koskettaa pintaa, se voi voittaa kärjen ja näytteen välisen tartuntavoiman tarjoamalla kärjen riittävän amplitudin. Samaan aikaan, koska vaikuttava voima on pystysuora, sivuttaiskitka-, puristus- ja leikkausvoimat vaikuttavat pintamateriaaliin vähemmän. Toinen napautustilan etu kosketuksettomaan tilaan verrattuna on suuri ja lineaarinen työskentelyalue, mikä tekee pystysuuntaisesta takaisinkytkentäjärjestelmästä erittäin vakaan ja toistettavan näytemittauksissa.
the
Koputustila AFM on käytettävissä sekä ilmakehässä että nestemäisissä ympäristöissä. Ilmakehän ympäristössä, kun neulan kärki ei ole kosketuksessa näytteen kanssa, mikrouloke värähtelee vapaasti suurimmalla amplitudilla; kun neulan kärki koskettaa näytteen pintaa, vaikka pietsosähköinen keraaminen levy virittää mikroulokkeen värähtelemään samalla energialla, steerinen este saa mikroulokkeen ulokkeen amplitudi pienenee, takaisinkytkentäjärjestelmä ohjaa ulokkeen amplitudia olla vakio, ja neulan kärki seuraa näytepinnan ylä- ja alamäkiä liikkuakseen ylös ja alas saadakseen muototiedot. Koputustila soveltuu myös nestekäyttöön ja nesteen vaimennusvaikutuksesta johtuen neulan kärjen ja näytteen välinen leikkausvoima on pienempi ja näytteen vaurioituminen pienempi, joten koputustilakuvaus neste voidaan suorittaa aktiivisille biologisille näytteille Paikan päällä tehtävä testaus, liuosreaktioiden seuranta paikan päällä jne.
sivusuuntainen voimatila
Lateral Force Microscopy (LFM) toimii samalla tavalla kuin AFM kontaktitilassa. Kun mikrouloke skannaa näytteen yläpuolella, kärjen ja näytteen pinnan välisestä vuorovaikutuksesta johtuen uloke heiluu ja muodonmuutoksella on karkeasti kaksi suuntaa: pystysuora ja vaaka. Yleisesti ottaen laserasentotunnistimen havaitsema pystysuuntainen muutos heijastaa näytteen pinnan muotoa ja vaakasuunnassa havaittu signaalin muutos materiaalipinnan erilaisista materiaaliominaisuuksista johtuen kitkakerroin on myös erilaisia. erilaisia, joten skannausprosessissa mikroulokkeen vasemman ja oikean vääristymän asteet ovat myös erilaisia. Ulokkeen vääntötaivutusaste kasvaa tai pienenee pinnan kitkaominaisuuksien muuttuessa (kitkan lisääntyminen johtaa suurempaan vääntöön). Laserilmaisin mittaa ja tallentaa topografia- ja sivuvoimatiedot erikseen reaaliajassa. Yleensä näytteen pinnan eri komponentit eivät voi johtaa mikroulokkeen vääristymiseen, vaan myös näytteen pinnan morfologian muutos voi aiheuttaa myös mikroulokkeen vääristymistä, kuten alla olevasta kuvasta näkyy. . Näiden kahden erottamiseksi toisistaan yleensä LFM-kuvat ja AFM-kuvat on hankittava samanaikaisesti. Ulokkeen vääristymisen syystä riippuen LFM:llä voidaan yleensä saada sommittelukuvia ja "reunatehostettuja kuvia" materiaalipinnasta.
