Rasterkraftmikroskopie

Ein AFM erzeugt Bilder, indem ein kleiner Ausleger über der Oberfläche einer Probe gescannt wird. Die scharfe Spitze am Ende des Auslegers kontaktiert die Oberfläche, biegt den Ausleger und ändert die Menge an Laserlicht, die in die Fotodiode reflektiert wird. Die Höhe des Auslegers wird dann eingestellt, um das Reaktionssignal wiederherzustellen, was zu der gemessenen Auslegerhöhe führt, die die Oberfläche verfolgt.

Rasterkraftmikroskopie (AFM) oder Rasterkraftmikroskopie (Sfm) ist eine Art sehr hochauflösender Art von Scan -Sonde -Mikroskopie (SPM) mit nachgewiesener Auflösung in der Reihenfolge der Fraktionen von a Nanometermehr als 1000 -mal besser als die optische Beugungsgrenze.

Überblick

Ein Atomkraftmikroskop links mit steuerender Computer rechts

Rasterkraftmikroskopie[1] (AFM) ist eine Art von Art von Scan -Sonde -Mikroskopie (SPM) mit nachgewiesener Auflösung in der Reihenfolge der Fraktionen von a Nanometermehr als 1000 -mal besser als die optische Beugungsgrenze. Die Informationen werden durch "Gefühl" oder "Berühren" der Oberfläche mit einer mechanischen Sonde gesammelt. Piezoelektrisch Elemente, die einen winzigen, aber genauen und präzisen Bewegungen des (elektronischen) Befehls erleichtern, ermöglichen eine präzise Scan. Trotz des Namens verwendet das Atomkraftmikroskop das nicht Atomkraft.

Fähigkeiten

Atomkraftmikroskop

Das AFM verfügt über drei Hauptfähigkeiten: Kraftmessung, topografische Bildgebung und Manipulation.

In Kraftmessung können AFMs verwendet werden, um die Kräfte zwischen der Sonde und der Probe als Funktion ihrer gegenseitigen Trennung zu messen. Dies kann zur Durchführung angewendet werden Kraftspektroskopieum die mechanischen Eigenschaften der Probe wie die Probe zu messen Elastizitätsmodul, ein Maß für die Steifheit.

Für die Bildgebung kann die Reaktion der Sonde auf die Kräfte, die die Probe darauf auferlegt, verwendet werden, um ein Bild der dreidimensionalen Form (Topographie) einer Probenoberfläche bei hoher Auflösung zu bilden. Dies wird durch erreicht Raster -Scannen Die Position der Probe in Bezug auf die Spitze und die Aufzeichnung der Höhe der Sonde, die einer Interaktion mit konstanter Sondenstichprobe entspricht (siehe § Topografisches Bild für mehr). Die Oberflächentopographie wird üblicherweise als als angezeigt Pseudokolor Handlung.

Obwohl die erste Veröffentlichung zur Atomkraftmikroskopie durch Binnig, Quate und Gerber im Jahr 1986 über die Möglichkeit der Erreichung der Atomauflösung spekuliert wurde, mussten tiefgreifende experimentelle Herausforderungen vor der Atomauflösung von Defekten und Schrittkanten unter Umgebungsbedingungen (Flüssig-) Bedingungen 1993 bewältigt werden von Ohnesorge und Binnig.[2] Die wahre atomare Auflösung der Silizium 7x7 -Oberfläche - die Atombilder dieser von STM erhaltenen Oberfläche hatten die wissenschaftliche Gemeinschaft der spektakulären räumlichen Auflösung der Rastertunnelmikroskopie überzeugt -, hatte etwas länger zu warten, bevor Giessibl gezeigt wurde.[3]

Bei der Manipulation können die Kräfte zwischen Spitze und Probe auch verwendet werden, um die Eigenschaften der Probe kontrolliert zu ändern. Beispiele hierfür sind Atommanipulation, Scan -Sonde -Lithographie und lokale Stimulation von Zellen.

Gleichzeitig mit der Erfassung topografischer Bilder können andere Eigenschaften der Probe lokal gemessen und als Bild angezeigt werden, häufig mit ähnlich hoher Auflösung. Beispiele für solche Eigenschaften sind mechanische Eigenschaften wie Steifheit oder Adhäsionsstärke und elektrische Eigenschaften wie Leitfähigkeit oder Oberflächenpotential. In der Tat die Mehrheit von SPM Techniken sind Erweiterungen von AFM, die diese Modalität verwenden.[4]

Andere Mikroskopie -Technologien

Der Hauptunterschied zwischen Atomkraftmikroskopie und konkurrierenden Technologien wie optische Mikroskopie und Elektronenmikroskopie ist, dass AFM keine Objektive oder Strahlbestrahlung verwendet. Daher leidet es nicht unter einer Begrenzung der räumlichen Auflösung aufgrund von Beugung und Aberration, und es ist nicht erforderlich, einen Raum für die Führung des Strahls (durch Erzeugung eines Vakuums) und die Färbung der Probe vorzubereiten.

Es gibt verschiedene Arten von Rastermikroskopie einschließlich Scan -Sonde -Mikroskopie (einschließlich AFM, Rastertunnelmikroskopie (STM) und optisches Mikroskop in der Nähe des Feldes (SNOM/NSOM), Stedmikroskopie (Fest) und Rasterelektronenmikroskopie und Elektrochemische AFM, EC-AFM). Obwohl SNOM und STED verwendet werden sichtbar, Infrarot oder auch Terahertz Licht zur Beleuchtung der Probe, ihre Auflösung wird durch die Beugungsgrenze nicht eingeschränkt.

Aufbau

Abb. 3 zeigt ein AFM, das typischerweise aus den folgenden Merkmalen besteht.[5] Zahlen in Klammern entsprechen nummerierte Merkmale in Abb. 3. Die Koordinatenrichtungen werden durch das Koordinatensystem (0) definiert.

Abb. 3: Typische Konfiguration eines AFM.
(1): Cantilever, (2): Unterstützung für Cantilever, (3): Piezoelektrisches Element (um Cantilever bei seiner Eigenfrequenz zu schwingen), (4): Tipp (befestigt, um das Ende eines Auslegers zu öffnen, wirkt als Sonde), (5): Detektor der Ablenkung und Bewegung des Auslegers, (6): Probe mit AFM gemessen werden, (7): xyz Laufwerk, (bewegt die Probe (6) und Stufe (8) in X-, Y- und Z -Anweisungen in Bezug auf eine Spitzespitze (4)) und (8): Bühne.

Die kleine federartige Ausleger (1) wird durch die Unterstützung (2) getragen. Optional schwingt ein piezoelektrisches Element (typischerweise aus einem Keramikmaterial) (3) den Cantilever (1). Die scharfe Spitze (4) ist am freien Ende des Auslegers (1) befestigt. Der Detektor (5) erfasst die Ablenkung und Bewegung des Auslegers (1). Die Probe (6) ist in der Probenstufe (8) montiert. Ein XYZ -Laufwerk (7) erlaubt es, die Probe (6) und die Probenstufe (8) in x, y und z in Bezug auf die Spitzespitze (4) zu verdrängen. Obwohl Fig. 3 das an der Probe angebrachte Laufwerk zeigt, kann das Laufwerk auch an der Spitze angebracht werden, oder unabhängige Laufwerke können an beiden angebracht werden, da es die relative Verschiebung der Probe und der Spitze ist, die kontrolliert werden muss. Controller und Plotter sind in Abb. 3 nicht dargestellt.

Gemäß der oben beschriebenen Konfiguration wird die Wechselwirkung zwischen Spitze und Probe, die ein Phänomen des atomarischen Maßstabs sein kann, in Änderungen der Bewegung von Cantilever, bei der ein Phänomen im Makromaßstab ist, in Änderungen der Bewegungsbewegung transduziert. Verschiedene Aspekte der Auslegerbewegung können verwendet werden, um die Wechselwirkung zwischen der Spitze und der Probe, am häufigsten des Wertes der Durchbiegung, der Amplitude einer auferlegten Schwingung des Auslegers oder der Verschiebung der Resonanzfrequenz des Cantilevers zu quantifizieren (siehe Abschnitt Bildgebungsmodi).

Detektor

Der Detektor (5) von AFM misst die Ablenkung (Verschiebung in Bezug auf die Gleichgewichtsposition) des Auslegers und wandelt sie in ein elektrisches Signal um. Die Intensität dieses Signals ist proportional zur Verschiebung des Auslegers.

Verschiedene Erkennungsmethoden können verwendet werden, z. Interferometrie, optische Hebel, die piezoelektrische Methode und STM-basierte Detektoren (siehe Abschnitt "AFM-Ausleger-Ablenkungsmessung").

Bildbildung

Dieser Abschnitt gilt speziell für die Bildgebung in § Kontaktmodus. Für andere Bildgebungsmodi ist der Prozess ähnlich, außer dass die "Ablenkung" durch die entsprechende Rückkopplungsvariable ersetzt werden sollte.

Bei der Verwendung des AFM zum Bild einer Probe wird die Spitze mit der Probe in Kontakt gebracht und die Probe wird entlang eines X -Y -Gitters Raster gescannt (Abb. 4). Am häufigsten wird eine elektronische Rückkopplungsschleife verwendet, um die Probenkraftkraft während des Scannens konstant zu halten. Diese Rückkopplungsschleife hat die Auslegerablenkung als Eingabe und der Ausgang steuert den Abstand entlang der Z -Achse zwischen der Sondenstütze (2 in Abb. 3) und der Probenstütze (8 in 3). Solange die Spitze mit der Probe in Kontakt bleibt und die Probe in der X -Y -Ebene gescannt wird, ändert Höhenschwankungen in der Probe die Ablenkung des Auslegers. Das Feedback passt dann die Höhe der Sondenunterstützung so an, dass die Auslenkung in einen benutzerdefinierten Wert (der Sollwert) wiederhergestellt wird. Eine ordnungsgemäß angepasste Rückkopplungsschleife passt die Trennung der Stützstichprobe während der Scanbewegung kontinuierlich ein, so dass die Ablenkung ungefähr konstant bleibt. In dieser Situation entspricht die Rückkopplungsausgabe der Stichprobenoberflächentopographie innerhalb eines kleinen Fehlers.

Historisch gesehen wurde eine andere Betriebsmethode verwendet, bei der der Abstand der Probenprobenträger konstant gehalten wird und nicht durch ein Feedback gesteuert wird (Feedback (Servomechanismus). In diesem Modus, der normalerweise als "Konstanthöhemodus" bezeichnet wird, wird die Durchbiegung des Auslegers als Funktion der Probe X-Y-Position aufgezeichnet. Solange die Spitze mit der Probe in Kontakt steht, entspricht die Ablenkung dann der Oberflächentopographie. Diese Methode wird jetzt weniger häufig verwendet, da die Kräfte zwischen Spitze und Probe nicht kontrolliert werden, was zu Kräften führen kann, die hoch genug sind, um die Spitze oder die Probe zu beschädigen. Es ist jedoch üblich, die Ablenkung auch beim Scannen im "Konstantenkraftmodus" mit Rückkopplung aufzuzeichnen. Dies zeigt den kleinen Tracking -Fehler des Feedbacks und kann manchmal Funktionen aufzeigen, auf die sich das Feedback nicht einstellen konnte.

Die AFM -Signale wie die Probenhöhe oder die Ausleger aus der Ausleger werden während des X -Y -Scans auf einem Computer aufgezeichnet. Sie sind in a geplant Pseudokolor Bild, in dem jedes Pixel eine X -Y -Position auf der Probe darstellt, und die Farbe das aufgezeichnete Signal darstellt.

Abb. 5: Topografische Bildbildung durch AFM.
(1): Tipp Apex, (2): Probenoberfläche, (3): Z-Orbit von Tip Apex, (4): Cantilever.

Geschichte

Das AFM wurde 1985 von IBM -Wissenschaftlern erfunden.[6] Der Vorläufer des AFM, der Rastertunnelmikroskop (STM), wurde von entwickelt von Gerd Binnig und Heinrich Rohrer Anfang der 1980er Jahre bei IBM Research - Zürich, eine Entwicklung, die ihnen 1986 einbrachte Nobelpreis für Physik. Binnig erfunden[5] Das Atomkraftmikroskop und die erste experimentelle Implementierung wurden von Binnig durchgeführt, Quate und Gerber 1986.[7]

Das erste im Handel erhältliche Atomkraftmikroskop wurde 1989 eingeführt. Das AFM ist eines der wichtigsten Werkzeuge für die Bildgebung, Messung und Manipulation von Materie in der Nanoskala.

Anwendungen

Das AFM wurde auf Probleme in einer Vielzahl von Disziplinen der Naturwissenschaften angewendet, einschließlich Festkörperphysik, Halbleiter Wissenschaft und Technik, Molekularentechnik, Polymerchemie und Physik, Oberflächenchemie, Molekularbiologie, Zellen-Biologie, und Medizin.

Anwendungen im Bereich der Festkörperphysik umfassen (a) die Identifizierung von Atomen an einer Oberfläche, (b) die Bewertung von Wechselwirkungen zwischen einem bestimmten Atom und seinen benachbarten Atomen und (c) die Untersuchung von Änderungen der physikalischen Eigenschaften, die sich aus Veränderungen ergeben in einer atomaren Anordnung durch Atommanipulation.

In der molekularen Biologie kann AFM verwendet werden, um die Struktur und die mechanischen Eigenschaften von Proteinkomplexen und -Antsgruppen zu untersuchen. Zum Beispiel wurde AFM zum Bild verwendet Mikrotubuli und messen Sie ihre Steifheit.

In der Zellbiologie kann AFM verwendet werden, um zu versuchen, Krebszellen und normale Zellen auf der Grundlage einer Härte von Zellen zu unterscheiden und Wechselwirkungen zwischen einer spezifischen Zelle und ihren benachbarten Zellen in einem Wettbewerbskultursystem zu bewerten. AFM kann auch verwendet werden, um Zellen einzuführen und zu untersuchen, wie sie die Steifheit oder Form der Zellmembran oder Wand regulieren.

In einigen Variationen, elektrische Potentiale kann auch mit Leitungen gescannt werden Ausleger. In fortgeschritteneren Versionen, Strömungen kann durch die Spitze geleitet werden, um die zu untersuchen elektrische Leitfähigkeit oder Transport der zugrunde liegenden Oberfläche, aber dies ist eine herausfordernde Aufgabe, bei der nur wenige Forschungsgruppen konsistente Daten melden (ab 2004).[8]

Prinzipien

Elektronenmikroskopisch eines verwendeten AFM -Cantilevers. Bildbreite ~ 100 Mikrometer
Elektronenmikroskopisch eines verwendeten AFM -Cantilevers. Bildbreite ~ 30 Mikrometer

Das AFM besteht aus a Ausleger mit einer scharfen Spitze (Sonde) an seinem Ende, mit der die Probenoberfläche gescannt wird. Der Ausleger ist normalerweise Silizium oder Siliziumnitrid mit einem Tipp Krümmungsradius Auf die Reihenfolge der Nanometer. Wenn die Spitze in die Nähe einer Probenoberfläche gebracht wird, Kräfte zwischen der Spitze und der Probe führen zu einer Durchbiegung des Auslegers nach Hookes Gesetz.[9] Abhängig von der Situation umfassen Kräfte, die in AFM gemessen werden, mechanische Kontaktkraft, Van der Waals kräftig, Kapillarkräfte, chemische Verbindung, elektrostatische Kräfte, Magnetische Kräfte (siehe Magnetkraftmikroskop, Mfm), Casimir -Streitkräfte, Solvatationskräfteusw. zusammen mit Kraft können zusätzliche Mengen gleichzeitig durch die Verwendung spezieller Arten von Sonden gemessen werden (siehe Thermalmikroskopie scannen, Raster -Joule -Expansionsmikroskopie, Phototherme Mikrospektroskopie, etc.).

Topografischer Scan einer Glasoberfläche mit Atomkraft Mikroskop. Die Merkmale des Mikro- und Nano-Maßstabs des Glas können beobachtet werden, wobei die Rauheit des Materials dargestellt wird. Der Bildraum ist (x, y, z) = (20 µm × 20 µm × 420 nm).

Das AFM kann je nach Anwendung in einer Reihe von Modi betrieben werden. Im Allgemeinen sind mögliche Bildgebungsmodi in statisch unterteilt (auch genannt Kontakt) Modi und eine Vielzahl von dynamischen (nicht kontakten oder "Tipps") Modi, in denen der Ausleger vibriert oder mit einer bestimmten Frequenz schwingend ist.[7]

Bildgebungsmodi

Der AFM -Betrieb wird normalerweise als einer von drei Modi beschrieben, je nach Art der Tippbewegung: Kontaktmodus, auch als statischer Modus bezeichnet (im Gegensatz zu den anderen beiden anderen Modi, die als dynamische Modi bezeichnet werden); Tippmodus, auch als intermittierender Kontakt, Wechselstrommodus oder Vibrationsmodus oder nach dem Nachweismechanismus AFM Amplitudenmodulation; und Nichtkontaktmodus oder erneut nach dem Nachweismechanismus Frequenzmodulation AFM.

Trotz der Nomenklatur kann abhängig von den Einstellungen ein abstoßender Kontakt auftreten oder vermieden werden.

Kontaktmodus

Im Kontaktmodus wird die Spitze über die Oberfläche der Probe "gezogen", und die Konturen der Oberfläche werden entweder unter Verwendung der Abwicklung des Auslegers direkt oder häufiger unter Verwendung des Rückkopplungssignals gemessen, das erforderlich ist, um den Cantilever an einer konstanten Position zu halten . Da die Messung eines statischen Signals zu Rauschen und Driften anfällig ist, werden Ausleger mit geringer Steifheit (d. H. Ausleger mit einer niedrigen Federkonstante K) verwendet, um ein ausreichend ausreichend ausreichend ausreichend Durchbiegungsignal zu erreichen, während die Wechselwirkungskraft niedrig bleibt. In der Nähe der Oberfläche der Probe können attraktive Kräfte ziemlich stark sein, was dazu führt, dass die Spitze an die Oberfläche "einschnappen". Daher wird der Kontaktmodus AFM fast immer in einer Tiefe erfolgen, in der die Gesamtkraft abstoßend ist, dh im festen "Kontakt" mit der festen Oberfläche.

Tippenmodus

Einzelpolymerketten (0,4 nm dick) in einem Klopfmodus unter wässrigen Medien mit unterschiedlichem pH -Wert aufgezeichnet.[10]

Unter Umgebungsbedingungen entwickeln die meisten Proben eine flüssige Meniskusschicht. Aus diesem Grund gibt es ein Hauptproblem für den Kontaktmodus unter Umgebungsbedingungen, wenn die Sondenspitze an der Probe dicht genug hält, damit die Kurzsträger nachweisbar sind und gleichzeitig verhindern, dass die Spitze an der Oberfläche haftet. Der dynamische Kontaktmodus (auch als intermittierender Kontakt, Wechselstrommodus oder Tippmodus bezeichnet) wurde entwickelt, um dieses Problem zu umgehen.[11] Heutzutage ist der Tippmodus der am häufigsten verwendete AFM -Modus beim Betrieb unter Umgebungsbedingungen oder in Flüssigkeiten.

Im TippenmodusDer Ausleger wird mit seiner Resonanzfrequenz auf und ab schwingen. Diese Oszillation wird üblicherweise mit einem kleinen Piezo -Element im Inhaber des Auslegers erreicht, aber andere Möglichkeiten umfassen ein AC -Magnetfeld (mit magnetischen Ausleger), piezoelektrische Ausleger oder periodisches Erhitzen mit einem modulierten Laserstrahl. Die Amplitude dieser Schwingung variiert normalerweise von mehreren nm bis 200 nm. Im Tippmodus werden die Frequenz und Amplitude des Antriebssignals konstant gehalten, was zu einer konstanten Amplitude der Auslegerschwingung führt, solange keine Drift oder Wechselwirkung mit der Oberfläche vorliegt. Die Wechselwirkung von Kräften, die auf den Ausleger wirken, wenn die Spitze nahe an der Oberfläche kommt, Van der Waals kräftig, Dipol-Dipol-Wechselwirkungen, elektrostatische Kräfteusw. verursachen die Amplitude der Oszillation des Cantilevers (normalerweise abnehmen), wenn sich die Spitze näher an die Probe kommt. Diese Amplitude wird als Parameter verwendet, der in die geht elektronischer Servo Das steuert die Höhe des Auslegers über der Probe. Das Servo passt die Höhe ein, um eine eingestellte Cantilever -Schwingungsamplitude aufrechtzuerhalten, wenn der Ausleger über die Probe gescannt wird. EIN Tippen Sie auf AFM Das Bild wird daher erzeugt, indem die Kraft der intermittierenden Kontakte der Spitze mit der Probenoberfläche abgebildet wird.[12]

Obwohl die während des Kontaktteils der Schwingung angewendeten Spitzenkräfte viel höher sein können als typischerweise im Kontaktmodus, verringert der Tackmodus im Allgemeinen die an der Oberfläche verursachten Schäden und die Spitze im Vergleich zu der im Kontaktmodus durchgeführten Menge. Dies kann durch die kurze Dauer der angelegten Kraft erklärt werden, und da die Seitenkräfte zwischen Spitze und Probe im Tippmodus über den Kontaktmodus erheblich niedriger sind. Die Tippmodus -Bildgebung ist sanft genug, selbst für die Visualisierung von unterstütztem Lipiddoppelschichten oder adsorbierte Einzelpolymermoleküle (zum Beispiel 0,4 nm dicke Ketten von Synthese Polyelektrolyte) unter flüssigem Medium. Mit den richtigen Scanparametern die Konformation von Einzelmoleküle kann stundenlang unverändert bleiben,[10] und sogar einzelne molekulare Motoren können während des Bewegens abgebildet werden.

Beim Betrieb im Tippmodus kann auch die Phase der Oszillation des Auslegers in Bezug auf das Fahrsignal aufgezeichnet werden. Dieser Signalkanal enthält Informationen über die vom Cantilever in jedem Oszillationszyklus verletzte Energie. Proben, die Regionen mit unterschiedlicher Steifheit oder mit unterschiedlichen Adhäsionseigenschaften enthalten, können in diesem Kanal einen Kontrast geben, der im topografischen Bild nicht sichtbar ist. Das Extrahieren der Materialeigenschaften der Probe in quantitativer Weise aus Phasenbildern ist jedoch häufig nicht machbar.

Nichtkontaktmodus

Im Mikroskopie ohne kontakte Atomkraft Der Modus, die Spitze des Auslegers, kontaktiert nicht die Probenoberfläche. Der Ausleger wird stattdessen bei beiden schwingen Resonanzfrequenz (Frequenzmodulation) oder knapp oben (Amplitudenmodulation), wobei die Schwingungsamplitude typischerweise einige Nanometer (<10 nm) auf einige Picometer beträgt.[13] Das Van der Waals kräftig, die von 1 nm bis 10 nm über der Oberfläche am stärksten sind oder eine andere Langstreckenkraft, die sich über der Oberfläche erstreckt, um die Resonanzfrequenz des Auslegers zu verringern. Diese Abnahme der Resonanzfrequenz in Kombination mit dem Rückkopplungsschleifsystem hält eine konstante Schwingungsamplitude oder -frequenz durch Einstellen der durchschnittlichen Spitze zu Stichprobe. Durch die Messung des Tipp-zu-Probe-Abstands an jedem Datenpunkt (x, y) kann die Scan-Software ein topografisches Bild der Probenoberfläche erstellen.

Der Nichtkontaktmodus AFM leidet nicht unter Tipp- oder Probenabbau-Effekten, die manchmal nach zahlreichen Scans mit Kontakt-AFM beobachtet werden. Dies macht nicht kontaktfreie AFM vorzuziehen, um AFM zur Messung von weichen Proben zu kontaktieren, z. Biologische Proben und organischer Dünnfilm. Bei starre Proben können Kontakt- und Nichtkontaktbilder gleich aussehen. Wenn jedoch einige Monoschichten von adsorbiert Flüssigkeit liegen auf der Oberfläche einer starren Probe, die Bilder können ganz anders aussehen. Ein AFM-Betrieb im Kontaktmodus dringt in die Flüssigkeitsschicht ein, um die darunter liegende Oberfläche abzubilden, während im Nichtkontaktmodus ein AFM über die adsorbierte Flüssigkeitsschicht schwenkt, um sowohl die Flüssigkeit als auch die Oberfläche abzubilden.

Zu den Schemata für den Dynamic -Modusbetrieb gehören Frequenzmodulation wo ein Phasenschleife wird verwendet, um die Resonanzfrequenz des Cantilevers und die häufigere Häufigkeit zu verfolgen Amplitudenmodulation mit einer Servoschleife an Ort und Stelle, um die Auslegeranregung auf eine definierte Amplitude zu halten. In der Frequenzmodulation liefern Änderungen der Schwingungsfrequenz Informationen zu Wechselwirkungen mit Tippproben. Die Frequenz kann mit sehr hoher Empfindlichkeit gemessen werden, und daher ermöglicht der Frequenzmodulationsmodus die Verwendung von sehr steifen Ausleger. Steife Ausleger bieten Stabilität sehr nahe an der Oberfläche, und infolgedessen war diese Technik die erste AFM -Technik, die eine echte Atomauflösung in der Ultrahohe Vakuum Bedingungen.[14]

Im Amplitude Modulation, Änderungen in der Schwingungsamplitude oder Phase liefern das Rückkopplungssignal für die Bildgebung. In der Amplitudenmodulation Änderungen in der Phase Oszillation kann verwendet werden, um zwischen verschiedenen Arten von Materialien auf der Oberfläche zu unterscheiden. Amplitudenmodulation kann entweder im Nichtkontakt oder im intermittierenden Kontaktregime betrieben werden. Im dynamischen Kontaktmodus wird der Ausleger so schwankt, dass der Trennabstand zwischen der Auslegerspitze und der Probenoberfläche moduliert wird.

Amplitude Die Modulation wurde auch im Nichtkontaktregime verwendet, um mit atomarer Auflösung zu bilden, indem sehr steife Ausleger und kleine Amplituden in einer ultrahohen Vakuumumgebung verwendet werden.

Topografisches Bild

Die Bildbildung ist eine Plot -Methode, die eine Farbzuordnung erzeugt, die durch Ändern der X -Y -Position der Spitze beim Scannen und Aufzeichnen der gemessenen Variablen, d. H. Die Intensität des Kontrollsignals, zu jeder X -Y -Koordinate geändert wird. Die Farbzuordnung zeigt den gemessenen Wert, der jeder Koordinate entspricht. Das Bild drückt die Intensität eines Wertes als Farbton aus. Normalerweise wird die Korrespondenz zwischen der Intensität eines Wertes und einem Farbton als Farbskala in den erklärenden Notizen angezeigt, die das Bild begleiten.

Was ist das topografische Bild des Atomkraftmikroskops?

Der Betriebsmodus der Bildformung des AFM wird im Allgemeinen unter dem Gesichtspunkt in zwei Gruppen eingeteilt, ob die Z-Feedback-Schleife (nicht gezeigt) verwendet wird, um den Abstand der Spitze zu erhalten, um die vom Detektor exportierte Signalintensität zu halten. Der erste (mit z-Feedback-Schleife), der "konstant sein soll Xx Modus "(Xx ist etwas, das von Z-Feedback-Schleife gehalten wird).

Der topografische Bildbildungsmodus basiert auf der oben genannten "Konstante" Xx Modus ", z-Feedback-Schleife steuert den relativen Abstand zwischen der Sonde und der Probe durch Ausgangsregelsignale, um die Frequenz, Vibration und Phase konstant zu halten, was typischerweise der Bewegung des Cantilevers entspricht (zum Beispiel wird Spannung auf die Z- angewendet. Piezoelektrisches Element und es bewegt die Probe nach oben in Richtung Z -Richtung.

Details werden in dem Fall erklärt, dass insbesondere "konstanter DF-Modus" (FM-AFM) unter AFM als Instanz im nächsten Abschnitt.

Topografisches Bild von FM-AFM

Wenn der Abstand zwischen der Sonde und der Probe in den Bereich gebracht wird, in dem Atomkraft erkannt werden kann, während ein Ausleger in seiner natürlichen Eigenfrequenz angeregt wird (f0) die Resonanzfrequenz f des Auslegers können sich von seiner ursprünglichen Resonanzfrequenz verschieben. Mit anderen Worten, im Bereich, in dem Atomkraft erkannt werden kann, eine Frequenzverschiebung (df=f–f0) wird auch beobachtet. Wenn der Abstand zwischen der Sonde und der Probe in der liegt nicht kontakt Region, die Frequenzverschiebung nimmt in negativer Richtung zu, wenn der Abstand zwischen der Sonde und der Probe kleiner wird.

Wenn die Probe Konkavität und Konvexität aufweist, variiert der Abstand zwischen dem Tipp-APEX und der Probe gemäß der Konkavität und der Konvexität, die mit einem Scan der Probe entlang der x-Y-Richtung (ohne Höhenregulation in Z-Richtung) begleitet wird. Infolgedessen entsteht die Frequenzverschiebung. Das Bild, in dem die Werte der Frequenz, die durch einen Raster-Scan entlang der X-Y-Richtung der Probenoberfläche erhalten wurden, gegen die X-Y-Koordination jedes Messpunkts aufgetragen wird, wird als Bild mit Konstanthöhe bezeichnet.

Andererseits kann der DF konstant gehalten werden, indem die Sonde in der Z-Richtung nach oben und unten (siehe (3) von Abb. 5) unter Verwendung eines negativen Feedbacks (unter Verwendung der z-Feedback-Schleife) konstant gehalten werden, während der Raster-Scan der Raster-Scan von Probenoberfläche entlang der X -Y -Richtung. Das Bild, in dem die Mengen des negativen Rückkoppels (der bewegliche Abstand der Sonde nach oben und nach unten in der Z-Richtung) gegen die X-Y-Koordination jedes Messpunkts aufgetragen werden, ist ein topografisches Bild. Mit anderen Worten, das topografische Bild ist eine Spur der Spitze der regulierten Sonde, so dass der DF konstant ist und es auch als eine Darstellung einer Oberfläche konstanter Höhe des DF angesehen werden kann.

Daher ist das topografische Bild des AFM nicht die genaue Oberflächenmorphologie selbst, sondern tatsächlich das Bild, das von der Bindungsordnung zwischen der Sonde und der Stichprobe beeinflusst wird. Das topografische Bild des AFM wird jedoch als die geografische Form der geografischen Form widerspiegelt Oberfläche mehr als das topografische Bild eines Scan -Tunnelmikroskops.

Kraftspektroskopie

Neben der Bildgebung kann AFM für verwendet werden KraftspektroskopieDie direkte Messung der Wechselwirkungspunkte der Spitze in Abhängigkeit von der Lücke zwischen Spitze und Probe. Das Ergebnis dieser Messung wird als Kraftdistanzkurve bezeichnet. Für diese Methode wird die AFM -Spitze in Richtung und zurückgezogen, wenn die Ablenkung des Auslegers als Funktion von überwacht wird piezoelektrisch Verschiebung. Diese Messungen wurden verwendet, um nanoskalige Kontakte zu messen. Atombindung, Van der Waals kräftig, und Casimir -Streitkräfte, Auflösung Kräfte in Flüssigkeiten und einzelner Moleküldehnungs- und Bruchkräften.[15] AFM wurde auch verwendet, um in einer wässrigen Umgebung die Dispersionskraft aufgrund des am Substrat adsorbierten Polymers zu messen.[16] Kräfte des Ordens von wenigen piconewtons kann jetzt routinemäßig mit einer vertikalen Entfernungsauflösung von besser als 0,1 Nanometern gemessen werden. Kraftspektroskopie kann entweder mit statischen oder dynamischen Modi durchgeführt werden. In dynamischen Modi werden Informationen zur Auslegervibration zusätzlich zur statischen Ablenkung überwacht.[17]

Zu den Problemen mit der Technik gehören keine direkte Messung der Trennung von Spitzen-Stichproben und das gemeinsame Bedürfnis nach Cantilever mit niedriger Steifheit, die dazu neigen, auf die Oberfläche zu "schnappen". Diese Probleme sind nicht unüberwindbar. Eine AFM, die die Trennung von Spitzen-Stichproben direkt misst, wurde entwickelt.[18] Das SNAP-In kann durch Messen in Flüssigkeiten oder durch Verwendung steiferer Ausleger reduziert werden. Im letzteren Fall ist jedoch ein empfindlicherer Durchbiegungsensor erforderlich. Durch Anwenden eines kleinen Dither Zur Spitze kann auch die Steifheit (Kraftgradient) der Bindung gemessen werden.[19]

Biologische Anwendungen und andere

Kraftspektroskopie wird in der Biophysik verwendet, um die mechanischen Eigenschaften von lebendem Material (wie Gewebe oder Zellen) zu messen[20][21][22] oder erkennen Strukturen unterschiedlicher Steifheit mit der Steifigkeitstomographie in den Großteil der Probe.[23] Eine andere Anwendung bestand darin, die Wechselwirkungskräfte zwischen einer Hand zu messen, einem Material, das an der Spitze des Auslegers steckt, und von einer anderen Hand die Oberfläche der Partikel, die entweder frei oder durch dasselbe Material besetzt sind. Aus der Adhäsionskraftverteilungskurve wurde ein Mittelwert der Kräfte abgeleitet. Es darf eine Kartographie der Oberfläche der Partikel herstellen, die durch das Material bedeckt oder nicht bedeckt sind.[24] AFM wurde auch für mechanisch entfaltende Proteine ​​verwendet.[25] In solchen Experimenten die Analysen der mittleren Entfaltungskräfte mit dem entsprechenden Modell[26] führt zur Erhaltung der Informationen über die Entfaltungsrate und die Parameter des Proteinprofilprofils der freien Energie.

Identifizierung einzelner Oberflächenatome

Das AFM kann verwendet werden, um Atome und Strukturen auf einer Vielzahl von Oberflächen abzubauen und zu manipulieren. Das Atom an der Spitze der Spitze "erdenkt" einzelne Atome auf der darunter liegenden Oberfläche, wenn es mit jedem Atom beginnende chemische Bindungen bildet. Da diese chemischen Wechselwirkungen die Schwingungsfrequenz der Spitze subtil verändern, können sie erkannt und abgebildet werden. Dieses Prinzip wurde verwendet, um zwischen Atomen von Silizium, Zinn und Blei auf einer Legierungsfläche zu unterscheiden, indem diese "Atomfingerabdrücke" mit Werten verglichen werden Dichtefunktionelle Theorie (DFT) Simulationen.[27]

Der Trick besteht darin, diese Kräfte zuerst genau für jede Art von Atom, die in der Stichprobe erwartet werden, genau zu messen und dann mit Kräften zu vergleichen, die durch DFT -Simulationen gegeben werden. Das Team stellte fest, dass die Spitze am stärksten mit Siliziumatomen interagierte und 24% bzw. 41% weniger mit Zinn- bzw. Bleiatomen interagierte. Somit kann jeder unterschiedliche Atomtyp in der Matrix identifiziert werden, wenn die Spitze über die Oberfläche bewegt wird.


Sonde

Eine AFM-Sonde hat eine scharfe Spitze am freien Ende von a Ausleger Das ragt von einem Inhaber hervor.[28] Die Dimensionen der Ausleger sind in der Skala der Mikrometer. Der Radius der Spitze befindet sich normalerweise auf der Skala einiger Nanometer zu einigen zehn Nanometern. (Spezialisierte Sonden existieren mit viel größeren Endradien, z. mit Pinzetten und passen Sie es in die entsprechenden Halterclips am Scankopf des Atomkraftmikroskops.

Dieses Gerät wird am häufigsten als "AFM -Sonde" bezeichnet, aber andere Namen umfassen "AFM -Tipp" und "Ausleger"(Unter Verwendung des Namens eines einzelnen Teils als Name des gesamten Geräts). Eine AFM -Sonde ist eine bestimmte Art von SPM (Scan -Sonde -Mikroskopie) Sonde.

AFM -Sonden werden mit hergestellt mit MEMS -Technologie. Die meisten verwendeten AFM -Sonden werden aus hergestellt Silizium (Si), aber Borosilikatglas und Siliziumnitrid sind auch verwendet. AFM -Sonden werden als Verbrauchsmaterial angesehen, da sie häufig ersetzt werden, wenn die Spitze langweilig oder kontaminiert wird oder der Ausleger gebrochen wird. Sie können für die spezialisiertesten Cantilever/Sondenkombinationen aus ein paar zehn Dollar bis zu Hunderten von Dollar pro Ausleger kosten.

Nur die Spitze wird sehr nahe an die Oberfläche des untersuchten Objekts gebracht, die Ausleger wird durch die Wechselwirkung zwischen der Spitze und der Oberfläche abgelenkt, was das AFM messen soll. Eine räumliche Karte der Wechselwirkung kann durch Messen der Ablenkung an vielen Punkten auf einer 2D -Oberfläche durchgeführt werden.

Es können verschiedene Arten von Interaktion erkannt werden. Abhängig von der untersuchten Wechselwirkung muss die Oberfläche der Spitze der AFM -Sonde mit einer Beschichtung modifiziert werden. Unter den verwendeten Beschichtungen sind Gold - zum kovalente Bindung von biologischen Molekülen und dem Nachweis ihrer Wechselwirkung mit einer Oberfläche,[29] Diamant Für einen erhöhten Verschleißfestigkeit[30] und Magnetbeschichtungen zum Nachweis der magnetischen Eigenschaften der untersuchten Oberfläche.[31] Eine andere Lösung gibt Mikrosquid. Die AFM -Spitzen werden unter Verwendung von Silizium -Mikrobearbeitung hergestellt und die genaue Positionierung der Mikrosquidschleife erfolgt durch Elektronenstrahllithographie.[32] Die zusätzliche Bindung eines Quantenpunkts an die Spitzespitze einer leitenden Sonde ermöglicht die Bildgebung der Oberflächenpotential mit hoher lateraler Auflösung. Scan -Quantenpunktmikroskopie.[33]

Die Oberfläche der Ausleger kann ebenfalls geändert werden. Diese Beschichtungen werden hauptsächlich angewendet, um das Reflexionsvermögen des Auslegers zu erhöhen und das Ablenksignal zu verbessern.

Kräfte als Funktion der Tippgeometrie

Die Kräfte zwischen der Spitze und der Probe hängen stark von der Geometrie der Spitze ab. In den letzten Jahren wurden verschiedene Studien ausgenutzt, um die Kräfte als Funktion der Tippparameter zu schreiben.

Unter den verschiedenen Kräften zwischen der Spitze und der Probe sind die Wasserkräfte der Wassermeniskus sowohl in der Luft als auch in der flüssigen Umgebung sehr interessant. Andere Kräfte müssen berücksichtigt werden, wie die Coulomb -Kraft, Van der Waals kräftig, Doppelschicht -Interaktionen, Solvation Kräfte, Hydratation und hydrophobe Kräfte.

Wassermeniskus

Wassermeniskuskräfte sind für AFM -Messungen in Luft von sehr interessant. Wegen der Umgebung FeuchtigkeitEs wird eine dünne Wasserschicht zwischen der Spitze und der Probe während der Luftmessungen gebildet. Die resultierende Kapillarkraft führt zu einer starken attraktiven Kraft, die die Spitze auf die Oberfläche zieht. Tatsächlich wird die zwischen Spitze und Probe in Umgebungsluft der endlichen Luftfeuchtigkeit gemessene Adhäsionskraft normalerweise von Kapillarkräften dominiert. Infolgedessen ist es schwierig, die Spitze von der Oberfläche wegzuziehen. Bei weichen Proben, einschließlich vielen Polymeren und insbesondere biologischen Materialien, führt die starke klebende Kapillarkraft zu Abbau und Zerstörung des Probens nach der Bildgebung im Kontaktmodus. Historisch gesehen waren diese Probleme eine wichtige Motivation für die Entwicklung der dynamischen Bildgebung in Luft (z. B. "Tippmodus"). Während der Bildgebung des Klopfenmodus in Luft bilden sich immer noch Kapillarbrücken. Bei geeigneten Bildgebungsbedingungen werden die Kapillarbrücken jedoch in jedem Schwingungszyklus des Normalens des Auslegers zur Oberfläche gebildet und zerbrochen, was aus einer Analyse der Ausleger Amplitude und Phase vs. Entfernungskurven abgeleitet werden kann.[34] Infolgedessen werden destruktive Scherkräfte weitgehend reduziert und weiche Proben können untersucht werden.

Um die Gleichgewichtskapillarkraft zu quantifizieren, muss die Laplace -Gleichung für den Druck von der Laplace -Gleichung beginnen:

Modell für AFM -Wassermeniskus

wo γL, ist die Oberflächenenergie und r0 und r1 sind in der Abbildung definiert.

Der Druck wird auf einen Bereich von ausgeübt

wo d, θ, und h sind in der Abbildung definiert.

Die Kraft, die die beiden Oberflächen zusammenzieht, ist

Die gleiche Formel könnte auch als Funktion der relativen Luftfeuchtigkeit berechnet werden.

Gao[35] Berechnete Formeln für verschiedene Spitzengeometrien. Beispielsweise nimmt die Kraft für eine konische Spitze in Bezug auf eine kugelförmige Spitze um 20% ab.

Wenn diese Kräfte berechnet werden, muss ein Unterschied zwischen der nassen trockenen Situation und der nassen Situation gemacht werden.

Für eine sphärische Spitze ist die Kraft:

für trocken auf nass,
für nass auf nass,

wo θ ist der Kontaktwinkel der trockenen Kugel und φ ist der eingetauchte Winkel, wie in der Abbildung gezeigt

Für eine konische Spitze wird die Formel:

für trocken auf nass
für nass auf nass

wo δ ist der halbkegelwinkel und r0 und h sind Parameter des Meniskusprofils.

AFM CANTILEVER-DEFLEKTION-MESSUNG

Strahlenteilungsmessung

AFM-Strahlentwicklungserkennung

Die häufigste Methode für Cantilever-Deflex-Messungen ist die Strahlentwicklungsmethode. Bei dieser Methode wird Laserlicht aus einer Festkörperdiode von der Rückseite des Cantilevers reflektiert und von einem positionsensitiven Detektor (PSD) gesammelt, der aus zwei eng verteilten Fotodioden, dessen Ausgangssignal von a gesammelt wird Differentialverstärker. Winkelverschiebung des Auslegers führt dazu, dass eine Photodiode mehr Licht sammelt als die andere Fotodiode, wodurch ein Ausgangssignal erzeugt wird (die Differenz zwischen den durch ihre Summe normalisierten Photodiodensignalen), die proportional zur Durchbiegung des Cantilevers ist. Die Empfindlichkeit der Strahlentwicklungsmethode ist sehr hoch und ein Geräuschboden in der Größenordnung von 10 fm Hz− 1⁄2 kann routinemäßig in einem gut gestalteten System erhalten werden. Obwohl diese Methode manchmal als "optischer Hebel" -Methode bezeichnet wird, wird das Signal nicht verstärkt, wenn der Strahlpfad länger gemacht wird. Ein längerer Strahlweg erhöht die Bewegung des reflektierten Flecks auf den Fotodioden, erweitert aber auch den Punkt um den gleichen Betrag wie Beugung, so dass die gleiche Menge an optischer Leistung von einer Fotodiode zur anderen bewegt wird. Der "optische Hebelwirkung" (Ausgangssignal des Detektors geteilt durch Ablenkung des Cantilevers) ist umgekehrt proportional zur Numerische Blende des Strahls fokussierende Optik, solange der fokussierte Laserplatz klein genug ist, um vollständig auf den Ausleger zu fallen. Es ist auch umgekehrt proportional zur Länge des Auslegers.

Die relative Popularität der Strahlenteilungsmethode kann durch ihre hohe Empfindlichkeit und den einfachen Betrieb erklärt werden und durch die Tatsache, dass Cantilever keine elektrischen Kontakte oder andere spezielle Behandlungen erfordern und daher relativ billig mit scharfen integrierten Spitzen hergestellt werden kann.

Andere Methoden zur Ablenkungsmessung

Es gibt viele andere Methoden für Strahlentwicklungsmessungen.

  • Piezoelektrische Erkennung - Cantilevers aus Quarz[36] (so wie die qplus Konfiguration) oder andere piezoelektrisch Materialien können die Ablenkung als elektrisches Signal direkt erkennen. Mit dieser Methode wurden die Oszillationen von Cantilever -Schwingungen bis 22 Uhr festgestellt.
  • Laser -Doppler -Vibrometrie - EIN Laser -Doppler -Vibrometer Kann verwendet werden, um sehr genaue Ablenkungsmessungen für einen oszillierenden Ausleger zu erzeugen[37] (wird somit nur im Nichtkontaktmodus verwendet). Diese Methode ist teuer und wird nur von relativ wenigen Gruppen verwendet.
  • Rastertunnelmikroskop (STM) - Das erste Atommikroskop verwendete ein STM mit einem eigenen Rückkopplungsmechanismus, um die Ablenkung zu messen.[7] Diese Methode ist sehr schwer zu implementieren und reagiert nur langsam auf Ablenkveränderungen im Vergleich zu modernen Methoden.
  • Optische Interferometrie – Optische Interferometrie Kann verwendet werden, um die Ausleger des Auslegers zu messen.[38] Aufgrund der in AFM gemessenen Nanometer-Skala-Ablenkungen läuft das Interferometer im Unterfing-Regime. Daher hat jede Drift der Laserleistung oder -wellenlänge starke Auswirkungen auf die Messung. Aus diesen Gründen müssen optische Interferometermessungen mit großer Sorgfalt durchgeführt werden (z. B. Verwenden Indexübereinstimmung Flüssigkeiten zwischen optischen Faserverbindungen) mit sehr stabilen Lasern. Aus diesen Gründen wird selten optische Interferometrie verwendet.
  • Kapazitive Erkennung - Metallbeschichtete Ausleger können a bilden Kondensator mit einem weiteren Kontakt hinter dem Ausleger.[39] Die Ablenkung ändert den Abstand zwischen den Kontakten und kann als Änderung der Kapazität gemessen werden.
  • Piezoresistive Erkennung - Cantilever können mit hergestellt werden Piezoresistive Elemente das wirkt als Dehnungsanzeige. Verwendung einer WeizensteinbrückeDer Dehnung des AFM -Cantilevers aufgrund einer Ablenkung kann gemessen werden.[40] Dies wird in Vakuumanwendungen nicht üblich Q der Resonanz.

Piezoelektrische Scanner

AFM -Scanner werden aus hergestellt piezoelektrisch Material, das sich proportional zu einer angelegten Spannung ausdehnt und zusammenzieht. Ob sie sich verlängern oder verziehen, hängt von der Polarität der angewendeten Spannung ab. Traditionell ist die Spitze oder die Probe auf einem "Stativ" von drei Piezokristallen montiert, wobei jeder für das Scannen in der verantwortlich ist x,y und z Richtungen.[7] Im Jahr 1986, im selben Jahr wie der AFM erfunden wurde, wurde ein neues piezoelektrisch Der Scanner, der Rohrscanner, wurde zur Verwendung in STM entwickelt.[41] Spätere Rohrscanner wurden in AFMs eingebaut. Der Rohrscanner kann die Probe in die bewegen x, y, und z Anweisungen mit einem einzelnen Röhrchen -Piezo mit einem einzigen Innenkontakt und vier externen Kontakten. Ein Vorteil des Rohrscanners im Vergleich zum ursprünglichen Stativdesign ist eine bessere Schwingungsisolation, die sich aus der höheren Resonanzfrequenz der einzelnen Elementkonstruktion in Kombination mit einer niedrigen Resonanz -Frequenz -Isolierungsstufe ergibt. Ein Nachteil ist, dass die x-y Bewegung kann unerwünscht verursachen z Bewegung, die zu Verzerrungen führt. Ein weiteres beliebtes Design für AFM -Scanner ist das Biegung Stadium, das separate Piezos für jede Achse verwendet und sie durch einen Biegermechanismus koppelt.

Scanner sind durch ihre Empfindlichkeit gekennzeichnet, nämlich das Verhältnis der Piezobewegung zur Piezospannung, d. H. Wie viel das Piezo -Material erstreckt oder Verträge pro angelegtes Volt ausdehnt. Aufgrund der Material- oder Größeunterschiede variiert die Empfindlichkeit von Scanner zu Scanner. Die Empfindlichkeit variiert nicht linear in Bezug auf die Scangröße. Piezo -Scanner zeigen am Ende mehr Empfindlichkeit als zu Beginn eines Scans. Dies führt dazu Hysterese zwischen den beiden Scan -Anweisungen.[42] Dies kann korrigiert werden, indem eine nichtlineare Spannung auf die Piezoelektroden angewendet wird, um eine lineare Scannerbewegung zu verursachen und den Scanner entsprechend zu kalibrieren.[42] Ein Nachteil dieses Ansatzes besteht darin, dass er eine Neukalibrierung erfordert, da sich die genaue nichtlineare Spannung zum Korrigieren der nichtlinearen Bewegung im Alter von Piezo ändert (siehe unten). Dieses Problem kann durch Hinzufügen eines linearen Sensors zur Probenstufe oder der Piezo -Stufe umgangen werden, um die wahre Bewegung des Piezos zu erkennen. Abweichungen von der idealen Bewegung können durch den Sensor und die Korrekturen auf das Piezo-Antriebssignal erkannt werden, um die nichtlineare Piezobewegung zu korrigieren. Dieses Design wird als "geschlossene Schleife" -Fas bezeichnet. Nicht sensarmierte Piezo-AFMs werden als "Open Loop" -FMS bezeichnet.

Die Empfindlichkeit von piezoelektrischen Materialien nimmt mit der Zeit exponentiell ab. Dies führt dazu, dass der größte Teil der Veränderung der Empfindlichkeit in den Anfangsphasen des Lebenslebens des Scanners auftritt. Piezoelektrische Scanner werden ungefähr 48 Stunden lang durchgeführt, bevor sie aus der Fabrik versandt werden, damit sie über den Punkt hinausgehen, an dem sie möglicherweise große Veränderungen in der Empfindlichkeit haben. Mit zunehmendem Scanner ändert sich die Empfindlichkeit mit der Zeit weniger und der Scanner müsste selten eine Neukalibrierung erfordern.[43][44] Obwohl verschiedene Herstellerhandbücher monatlich bis zur halbmonatlichen Kalibrierung von Open-Loop-AFMs empfehlen.

Vorteile und Nachteile

Das erste Atomkraftmikroskop

Vorteile

AFM hat mehrere Vorteile gegenüber der Rasterelektronenmikroskop (SEM). Im Gegensatz zum Elektronenmikroskop, das eine zweidimensionale Projektion oder ein zweidimensionales Bild einer Probe liefert, bietet das AFM ein dreidimensionales Oberflächenprofil. Darüber hinaus erfordern Proben, die von AFM betrachtet werden, keine speziellen Behandlungen (wie Metall-/Kohlenstoffbeschichtungen), die die Probe irreversibel verändern oder beschädigen würden und typischerweise nicht unter Ladeartefakten im endgültigen Bild leiden. Während ein Elektronenmikroskop ein teures benötigt Vakuum Umwelt für den ordnungsgemäßen Betrieb können die meisten AFM -Modi in Umgebungsluft oder sogar in einer flüssigen Umgebung perfekt funktionieren. Dies ermöglicht es, biologische Makromoleküle und sogar lebende Organismen zu untersuchen. Grundsätzlich kann AFM eine höhere Auflösung als SEM liefern. Es wurde gezeigt, dass es eine echte Atomauflösung im ultrahohen Vakuum (UHV) und in jüngerer Zeit in flüssigen Umgebungen liefert. Hochauflösende AFM ist in der Lösung vergleichbar mit Rastertunnelmikroskopie und Transmissionselektronenmikroskopie. AFM kann auch mit einer Vielzahl von optischen Mikroskopie- und Spektroskopie -Techniken wie fluoreszierender Mikroskopie der Infrarotspektroskopie kombiniert werden, wodurch er sich enthält Raster-optische Mikroskopie in der Nähe des Feldes, Nano-Fftir und seine Anwendbarkeit weiter auszubauen. Kombinierte AFM-optische Instrumente wurden hauptsächlich in den biologischen Wissenschaften angewendet, haben jedoch kürzlich ein starkes Interesse an Photovoltaik geweckt[12] und Energiespeicherforschung,[45] Polymerwissenschaften,[46] Nanotechnologie[47][48] und sogar medizinische Forschung.[49]

Nachteile

Ein Nachteil von AFM im Vergleich zu der Rasterelektronenmikroskop (SEM) ist die einzelne Scan -Bildgröße. In einem Pass kann das SEM eine Fläche in der Reihenfolge des Quadrats vorstellen Millimeter mit einer Tiefenschärfe In der Größenordnung der Millimeter kann das AFM nur einen maximalen Scanbereich von etwa 150 × 150 Mikrometern und eine maximale Höhe in der Größenordnung von 10–20 Mikrometern abbilden. Eine Methode zur Verbesserung der gescannten Flächengröße für AFM ist die Verwendung paralleler Sonden in ähnlicher Weise wie die von Millipede -Datenspeicher.

Die Abtastgeschwindigkeit eines AFM ist ebenfalls eine Einschränkung. Traditionell kann ein AFM Bilder nicht so schnell wie ein SEM scannen und für einen typischen Scan mehrere Minuten benötigt, während ein SEM in der Lage ist, nahezu in Echtzeit zu scannen, wenn auch bei relativ geringer Qualität. Die relativ langsame Scanrate während der AFM -Bildgebung führt häufig zu einer thermischen Drift im Bild[50][51][52] Das AFM weniger geeignet ist, um genaue Entfernungen zwischen topografischen Merkmalen auf dem Bild zu messen. Einige schnell wirkende Designs[53][54] Es wurde vorgeschlagen, die Produktivität des Mikroskop -Scans zu erhöhen, einschließlich des so genannten VideoAFM (angemessene Qualitätsbilder werden mit VideoAFM mit Videoprate erhalten: schneller als der durchschnittliche SEM). Um Bildverzerrungen zu beseitigen, die durch thermische Drift induziert wurden, wurden verschiedene Methoden eingeführt.[50][51][52]

Zeigen Sie ein AFM -Artefakt, das sich aus einer Spitze mit einem hohen Krümmungsradius in Bezug auf das Merkmal ergibt, das sichtbar gemacht werden soll
AFM -Artefakt, steile Probentopographie

AFM -Bilder können auch durch Nichtlinearität beeinflusst werden, Hysterese,[42] und kriechen des piezoelektrischen Materials und des Übersprechens zwischen den x, y, z Achsen, die möglicherweise eine Softwareverbesserung und -filterung erfordern. Eine solche Filterung könnte echte topografische Merkmale "verflachen". Neuere AFMs verwenden jedoch Echtzeit-Korrektursoftware (zum Beispiel, zum Beispiel, Feature-orientiertes Scannen[43][50]) oder Scanner mit geschlossenen Schleife, die diese Probleme praktisch beseitigen. Einige AFMs verwenden auch getrennte orthogonale Scanner (im Gegensatz zu einer einzigen Röhre), die auch dazu dienen, einen Teil der Übersprechprobleme zu beseitigen.

Wie bei jeder anderen Bildgebungstechnik besteht die Möglichkeit Bildartefakte, die durch eine ungeeignete Spitze, eine schlechte Betriebsumgebung oder sogar durch die Probe selbst induziert werden könnten, wie rechts dargestellt. Diese Bildartefakte sind unvermeidbar; Ihr Auftreten und ihre Auswirkungen auf die Ergebnisse können jedoch durch verschiedene Methoden verringert werden. Artefakte, die sich aus einem zukoarsen Tipp ergeben, können beispielsweise durch unangemessene Handhabung oder De-facto-Kollisionen mit der Probe verursacht werden, indem entweder zu schnell scannen oder eine unangemessene raue Oberfläche auftreten, was das tatsächliche Tragen der Spitze verursacht.

Aufgrund der Art der AFM -Sonden können sie normalerweise keine steilen Wände oder Überhänge messen. Speziell hergestellte Ausleger und AFMs können verwendet werden, um die Sonde seitwärts sowie nach oben und unten (wie bei dynamischen Kontakt- und Nichtkontaktmodi) zur Messung von Seitenwänden auf Kosten teurerer Ausleger, niedrigerer lateraler Auflösung und zusätzlichen Artefakten zu modulieren.

Andere Anwendungen in verschiedenen Studienbereichen

AFM -Bild eines Teils von a Golgi Apparat isoliert von Hela Zellen

Die neuesten Bemühungen bei der Integration Nanotechnologie und die biologische Forschung waren erfolgreich und zeigten vielversprechend für die Zukunft, auch in Bereichen wie z. Nanobiomechanik.[55] Da Nanopartikel ein potenzielles Vehikel für die Arzneimittelabgabe sind, werden die biologischen Reaktionen von Zellen auf diese Nanopartikel kontinuierlich untersucht, um ihre Wirksamkeit und die Verbesserung ihres Designs zu optimieren.[56] Pyrgiotakis et al. konnten die Wechselwirkung zwischen CEO untersuchen2 und Fe2O3 Technische Nanopartikel und Zellen durch Anbringen der technischen Nanopartikel an der AFM -Spitze.[57] Studien haben AFM ausgenutzt, um weitere Informationen über das Verhalten lebender Zellen in biologischen Medien zu erhalten. Echtzeit-Atomkraftspektroskopie (oder Nanoskopie) und dynamische Atomkraftspektroskopie wurden verwendet, um lebende Zellen und Membranproteine ​​und ihr dynamisches Verhalten bei hoher Auflösung auf der Nanoskala zu untersuchen. Die Bildgebung und Erlangung von Informationen über die Topographie und die Eigenschaften der Zellen hat auch Einblicke in chemische Prozesse und Mechanismen gegeben, die durch Zellzellenwechselwirkung und Wechselwirkungen mit anderen Signalmolekülen (Ex. Liganden) auftreten. Evans und Calderwood verwendeten eine Einzelzellkraftmikroskopie, um zu untersuchen Zelladhäsion Kräfte, Bindungskinetik/dynamische Bindungsstärke und ihre Rolle bei chemischen Prozessen wie der Zellsignalisierung.[58] Scheuring, Lévy und Rigaud überprüften Studien, in denen AFM die Kristallstruktur von Membranproteinen von photosynthetischen Bakterien untersucht.[59] Alsteen et al. haben eine AFM-basierte Nanoskopie verwendet, um eine Echtzeitanalyse der Wechselwirkung zwischen Live durchzuführen Mykobakterien und antimykobakterielle Medikamente (speziell Isoniazid, Ethionamid, Ethambutol, und Streptomycin),[60] Dies dient als Beispiel für die eingehendere Analyse von Wechselwirkungen mit Pathogen-Drogen, die durch AFM durchgeführt werden können.

Siehe auch

iconWissenschaftsportal

Verweise

  1. ^ "Messung und Analyse von Kraftdistanzkurven mit Atomkraftmikroskopie" (PDF). afmworkshop.com.
  2. ^ Ohnesorge, Frank (1. Januar 1993). "Wahre Atomauflösung durch Atomkraftmikroskopie durch abstoßende und attraktive Kräfte". Wissenschaft. 260 (5113): 1451–6. Bibcode:1993Sci ... 260.1451o. doi:10.1126/science.260.5113.1451. PMID 17739801. S2CID 27528518.
  3. ^ Gieessibl, Franz (1. Januar 1996). "Atomauflösung der Silizium (111)-(7x7) Oberfläche durch Atomkraftmikroskopie" (PDF). Wissenschaft. 267 (5194): 68–71. doi:10.1126/science.267.5194.68. PMID 17840059. S2CID 20978364.
  4. ^ "Atomic Force Mikroskopieforschung mit der Untersuchung vernachlässigter tropischer Krankheiten". www.afmworkshop.com.
  5. ^ a b Patent US4724318 - Atomkraftmikroskop und Methode zur Bildgebungsflächen mit Atomauflösung
  6. ^ Binnig, G.; Quate, C. F.; Gerber, Ch. (1986). "Atomic Force Microskop". Physische Überprüfungsbriefe. 56 (9): 930–933. Bibcode:1986phrvl..56..930b. doi:10.1103/PhysRevlett.56.930. PMID 10033323.
  7. ^ a b c d Binnig, G.; Quate, C. F.; Gerber, Ch. (1986). "Atomic Force Microskop". Physische Überprüfungsbriefe. 56 (9): 930–933. Bibcode:1986phrvl..56..930b. doi:10.1103/PhysRevlett.56.930. ISSN 0031-9007. PMID 10033323.
  8. ^ Lang, K.M.; D. A. Hite; R. W. Simmonds; R. McDermott; D. P. Pappas; John M. Martinis (2004). "Durchführung der Atomkraftmikroskopie für die Charakterisierung nanoskaliger Tunnelbarriere". Überprüfung der wissenschaftlichen Instrumente. 75 (8): 2726–2731. Bibcode:2004rsci ... 75.2726l. doi:10.1063/1.1777388. Archiviert von das Original 2013-02-23.
  9. ^ Cappella, b; Dietler, G. (1999). "Kraftdistanzkurven durch Atomkraftmikroskopie" (PDF). Oberflächenwissenschaftsberichte. 34 (1–3): 1–104. Bibcode:1999Sursr..34 .... 1c. doi:10.1016/s0167-5729 (99) 00003-5. Archiviert von das Original (PDF) Am 2012-12-03.
  10. ^ a b Roiter, y; Minko, S (November 2005). "AFM-Einzelmolekül-Experimente an der Feststoff-Flüssig-Grenzfläche: In-situ-Konformation von adsorbierten flexiblen Polyelektrolytketten". Zeitschrift der American Chemical Society. 127 (45): 15688–9. doi:10.1021/ja0558239. ISSN 0002-7863. PMID 16277495.
  11. ^ Zhong, q; Inniss, D; Kjoller, K; Elings, V (1993). "Gebrochene Polymer-/Silica -Faseroberfläche, die durch Atomkraftmikroskopie des Klopfenmodus untersucht wurde". Oberflächenwissenschaftsbuchstaben. 290 (1): L688. Bibcode:1993SURSL.290L.688Z. doi:10.1016/0167-2584 (93) 90906-y.
  12. ^ a b Geise, Nicholas A. (Juli -August 2009). "AFM und kombinierte optische Techniken". Materialien heute. 12 (7–8): 40–45. doi:10.1016/s1369-7021 (09) 70201-9.
  13. ^ Gross, L.; Mohn, F.; Moll, N.; Liljeroth, P.; Meyer, G. (27. August 2009). "Die chemische Struktur eines Moleküls durch Atomkraftmikroskopie aufgelöst". Wissenschaft. 325 (5944): 1110–1114. Bibcode:2009sci ... 325.1110g. doi:10.1126/Science.1176210. PMID 19713523. S2CID 9346745.
  14. ^ Gieessibl, Franz J. (2003). "Fortschritte in der Atomkraftmikroskopie". Bewertungen der modernen Physik. 75 (3): 949–983. Arxiv:cond-mat/0305119. Bibcode:2003rvmp ... 75..949g. doi:10.1103/revmodphys.75.949. S2CID 18924292.
  15. ^ Hinterdorfer, p; DUFRêne, YF (Mai 2006). "Nachweis und Lokalisierung einzelner molekularer Erkennungsereignisse unter Verwendung von Atomkraftmikroskopie". Naturmethoden. 3 (5): 347–55. doi:10.1038/nmeth871. ISSN 1548-7091. PMID 16628204. S2CID 8912697.
  16. ^ Ferrari, L.; Kaufmann, J.; Winnefeld, F.; Plank, J. (Jul 2010). "Wechselwirkung von Zementmodellsystemen mit Superplastikatoren, die durch Atomkraftmikroskopie, Zeta -Potential und Adsorptionsmessungen untersucht wurden". J Colloid Interface Sci. 347 (1): 15–24. Bibcode:2010JCIS..347 ... 15f. doi:10.1016/j.jcis.2010.03.005. PMID 20356605.
  17. ^ Hintern, H; Cappella, b; Kapppl, M (2005). "Kraftmessungen mit dem Atomkraftmikroskop: Technik, Interpretation und Anwendungen". Oberflächenwissenschaftsberichte. 59 (1): 1–152. Bibcode:2005Sursr..59 .... 1B. Citeseerx 10.1.1.459.3771. doi:10.1016/j.surfrep.2005.08.003.
  18. ^ Gavin M. King; Ashley R. Carter; Allison B. Churnside; Louisa S. Eberle & Thomas T. Perkins (2009). "Ultrastbare Atomkraftmikroskopie: Stabilität und Registrierung bei Atommaßstab bei Umgebungsbedingungen". Nanobriefe. 9 (4): 1451–1456. Bibcode:2009nanol ... 9.1451k. doi:10.1021/nl803298q. PMC 2953871. PMID 19351191.
  19. ^ Peter M. Hoffmann; Ahmet oral; Ralph A. Grimble (2001). "Direkte Messung der interatomaren Kraftgradienten unter Verwendung eines Atomkraftmikroskops mit ultra-niedriger Amplitude". Verfahren der königlichen Gesellschaft a. 457 (2009): 1161–1174. Bibcode:2001RSPSA.457.1161m. Citeseerx 10.1.1.487.4270. doi:10.1098/rspa.2000.0713. S2CID 96542419.
  20. ^ Radmacher, M. (1997). "Messung der elastischen Eigenschaften biologischer Proben mit dem AFM". IEEE ENG MED BIOL MAG. 16 (2): 47–57. doi:10.1109/51.582176. PMID 9086372.
  21. ^ Perkins, Thomas. "Die Atomkraftmikroskopie misst die Eigenschaften von Proteinen und Proteinfaltung". Spie Newsroom. Abgerufen 4. März 2016.
  22. ^ Galvanetto, Nicola (2018). "Einzelzell-Ungerechtigkeit: Topologie und Nanomechanik einheimischer Membranen". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranen. 1860 (12): 2532–2538. Arxiv:1810.01643. doi:10.1016/j.bbamem.2018.09.019. PMID 30273580. S2CID 52897823.
  23. ^ Roduit, Charles; Sekatski, Serguei; Diätlerin, Giovanni; Catsicas, Stefan; LaFont, Frank; Kasas, Sandor (2009). "Steifheitstomographie durch Atomkraftmikroskopie". Biophysical Journal. 97 (2): 674–677. Bibcode:2009bpj .... 97..674r. doi:10.1016/j.bpj.2009.05.010. PMC 2711326. PMID 19619482.
  24. ^ Thomas, G.; Y. Ouabbas; P. Grosau; M. Baron; A. Chamayou; L. Galet (2009). "Modellierung der mittleren Wechselwirkungskräfte zwischen Kraftpartikeln. Anwendung auf Silice Gel-Magnesium-Stearatmischungen". Angewandte Oberflächenwissenschaft. 255 (17): 7500–7507. Bibcode:2009APSs..255.7500t. Citeseerx 10.1.1.591.1899. doi:10.1016/j.apsusc.2009.03.099.
  25. ^ Rief, M; Gautel, M; Oesterhelt, f; Fernandez, J M; Gaub, H E (1997). "Reversible Entfaltung einzelner Titin -Immunglobulin -Domänen durch AFM". Wissenschaft. 276 (5315): 1109–1112. doi:10.1126/Science.276.5315.1109. PMID 9148804.
  26. ^ Petrosyan, R. (2020). "Definition der Gewaltentwicklung und das einheitliche Modell für die mittlere Abhängigkeit der Streitkräfte von der Belastungsrate". J. Stat. Mech. 2020 (33201): 033201. Arxiv:1904.03925. Bibcode:2020JSMTE..03.3201p. doi:10.1088/1742-5468/AB6A05.
  27. ^ Sugimoto, y; Pou, p; Abe, M; Jelinek, P; Pérez, R; Morita, s; Custance, O (März 2007). "Chemische Identifizierung einzelner Oberflächenatome durch Atomkraftmikroskopie". Natur. 446 (7131): 64–7. Bibcode:2007Natur.446 ... 64s. Citeseerx 10.1.1.552.6764. doi:10.1038/nature05530. ISSN 0028-0836. PMID 17330040. S2CID 1331390.
  28. ^ Bryant, P. J.; Miller, R. G.; Yang, R.; "Rastertunneling und Atomkraftmikroskopie kombiniert". Angewandte Physikbuchstaben, Jun 1988, Vol: 52 Ausgabe: 26, p. 2233–2235, ISSN 0003-6951.
  29. ^ Oscar H. Willemsen, Margot M. E. Snel, Alessandra Cambi, Jan Greve, Bart G. de Groth und Carl G. Figdor "Biomolekulare Wechselwirkungen, gemessen durch Atomkraftmikroskopie" gemessen " Biophysical Journal, Band 79, Ausgabe 6, Dezember 2000, Seiten 3267–3281.
  30. ^ Koo-Hyun Chung und Dae-Eun Kim, "Verschleißcharakteristiken der diamantbeschichteten Atomkraft-Mikroskopsonde". Ultramikroskopie, Band 108, Ausgabe 1, Dezember 2007, Seiten 1–10
  31. ^ Xu, Xin; Raman, Arvind (2007). "Vergleichende Dynamik von magnetischen, akustisch und braunen Bewegungsmikrokantilver in Flüssigkeiten". J. Appl. Phys. 102 (1): 014303–014303–7. Bibcode:2007JAP ... 102A4303Y. doi:10.1063/1.2751415.
  32. ^ Hasselbach, K.; Ladam, C. (2008). "Hochauflösende magnetische Bildgebung: Mikroskopie für Mikrosquidkraft". Journal of Physics: Konferenzreihe. 97 (1): 012330. Bibcode:2008JPHCS..97A2330H. doi:10.1088/1742-6596/97/1/012330.
  33. ^ Wagner, Christus; Green, Matthew F. B.; Leinen, Philipp; Deilmann, Thorsten; Krüger, Peter; Rohlfing, Michael; Temirov, Ruslan; Tautz, F. Stefan (2015-07-06). "Quantenpunkt -Mikroskopie". Physische Überprüfungsbriefe. 115 (2): 026101. Arxiv:1503.07738. Bibcode:2015PHRVL.115B6101W. doi:10.1103/PhysRevlett.115.026101. ISSN 0031-9007. PMID 26207484. S2CID 1720328.
  34. ^ Zitzler, Lothar; Herminghaus, Stephan; Mugele, Frieder (2002). "Kapillarkräfte in der Atomkraftmikroskopie des Klopfenmodus". Phys. Rev. b. 66 (15): 155436. Bibcode:2002phrvb..66o5436z. doi:10.1103/PhysRevb.66.155436.
  35. ^ Chao Gao (1997). "Theorie der Menisci und ihrer Anwendungen". Angewandte Physikbuchstaben. 71 (13): 1801. Bibcode:1997APPHL..71.1801G. doi:10.1063/1.119403.
  36. ^ Gieessibl, Franz J. (1. Januar 1998). "Hochgeschwindigkeitskraftsensor für Kraftmikroskopie und Profilometrie unter Verwendung einer Quarz-Tuning-Gabel" (PDF). Angewandte Physikbuchstaben. 73 (26): 3956. Bibcode:1998APPHL..73.3956G. doi:10.1063/1.122948.
  37. ^ Nishida, Shuhei; Kobayashi, Dai; Sakurada, Takeo; Nakazawa, Tomonori; Hoshi, Yasuo; Kawakatsu, Hideki (1. Januar 2008). "Phototherme Anregung und Laserdoppler -Velokimetrie von höheren Ausleger -Schwingungsmodi für die dynamische Atomkraftmikroskopie in Flüssigkeit". Überprüfung der wissenschaftlichen Instrumente. 79 (12): 123703–123703–4. Bibcode:2008rsci ... 79L3703n. doi:10.1063/1.3040500. PMID 19123565.
  38. ^ Rugar, D.; Mamin, H. J.; Guethner, P. (1. Januar 1989). "Verbessertes Faser-optischer Interferometer für die Atomkraftmikroskopie". Angewandte Physikbuchstaben. 55 (25): 2588. Bibcode:1989APPHL..55.2588R. doi:10.1063/1.101987.
  39. ^ Göddenhenrich, T. (1990). "Kraftmikroskop mit kapazitiver Verschiebungserkennung". Journal of Vacuum Science and Technology a. 8 (1): 383. Bibcode:1990jvsta ... 8..383g. doi:10.1116/1.576401.
  40. ^ Giessibl, F. J.; Trafas, B. M. (1. Januar 1994). "Piezoresistive Cantilevers zum Scannen von Tunnel- und Rasterkraftmikroskop im Ultrahoch -Vakuum" (PDF). Überprüfung der wissenschaftlichen Instrumente. 65 (6): 1923. Bibcode:1994rsci ... 65.1923g. doi:10.1063/1.1145232.
  41. ^ Binnig, G.; Smith, D. P. E. (1986). "Dreidimensionaler einrohrer Scanner zum Rastertunnelmikroskopie". Überprüfung der wissenschaftlichen Instrumente. 57 (8): 1688. Bibcode:1986RSCI ... 57.1688B. doi:10.1063/1.1139196. ISSN 0034-6748.
  42. ^ a b c R. V. Lapshin (1995). "Analytisches Modell zur Näherung der Hystereseschleife und deren Anwendung auf das Rastertunnelmikroskop" (PDF). Überprüfung der wissenschaftlichen Instrumente. 66 (9): 4718–4730. Arxiv:2006.02784. Bibcode:1995RSCI ... 66.4718L. doi:10.1063/1.1145314. ISSN 0034-6748. S2CID 121671951. (Russische Übersetzung ist verfügbar).
  43. ^ a b R. V. Lapshin (2011). "Merkmalsorientierte Scan-Sondenmikroskopie". In H. S. Nalwa (Hrsg.). Enzyklopädie von Nanowissenschaften und Nanotechnologie (PDF). Vol. 14. USA: American Scientific Publishers. S. 105–115. ISBN 978-1-58883-163-7.
  44. ^ R. V. Lapshin (1998). "Automatische laterale Kalibrierung von Tunnelmikroskop -Scannern" (PDF). Überprüfung der wissenschaftlichen Instrumente. 69 (9): 3268–3276. Bibcode:1998rsci ... 69.3268l. doi:10.1063/1.1149091. ISSN 0034-6748.
  45. ^ Ayache, Maurice; Lux, Simon Franz; Kostecki, Robert (2015-04-02). "IR-Nahfelduntersuchung der festen Elektrolyt-Interphase an einer Zinnelektrode". Das Journal of Physical Chemistry Letters. 6 (7): 1126–1129. doi:10.1021/acs.jpclett.5b00263. ISSN 1948-7185. PMID 26262960.
  46. ^ Pollard, Benjamin; Raschke, Markus B. (2016-04-22). "Korrelative Infrarot -Nanospektroskopie und nanomechanische Bildgebung von Blockcopolymer -Mikrodomänen". Beilstein Journal of Nanotechnology. 7 (1): 605–612. doi:10.3762/bjnano.7.53. ISSN 2190-4286. PMC 4901903. PMID 27335750.
  47. ^ Huth, F.; Schnell, M.; Wittborn, J.; Ocelic, N.; Hillenbrand, R. (2011). "Infrarotspektroskopische Nanoimaging mit einer thermischen Quelle". Naturmaterialien. 10 (5): 352–356. Bibcode:2011natma..10..352h. doi:10.1038/nmat3006. PMID 21499314.
  48. ^ Bechtel, Hans A.; Müller, Eric A.; Olmon, Robert L.; Martin, Michael C.; Raschke, Markus B. (2014-05-20). "Ultrabroadband -Infrarot -Nanospectroscopic -Bildgebung". Verfahren der National Academy of Sciences. 111 (20): 7191–7196. Bibcode:2014pnas..111.7191b. doi:10.1073/pnas.1400502111. ISSN 0027-8424. PMC 4034206. PMID 24803431.
  49. ^ Paluszkiewicz, C.; Piergies, N.; Chaniecki, P.; Rękas, M.; Miszzzyk, J.; Kwiatek, W. M. (2017-05-30). "Differenzierung der Proteinsekundärstruktur in klaren und undurchsichtigen menschlichen Linsen: AFM - IR -Studien". Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis. 139: 125–132. doi:10.1016/j.jpba.2017.03.001. PMID 28279927. S2CID 21232169.
  50. ^ a b c R. V. Lapshin (2004). "Merkmalsorientierte Rastermethode für Sondenmikroskopie und Nanotechnologie" (PDF). Nanotechnologie. 15 (9): 1135–1151. Bibcode:2004nanot..15.1135l. doi:10.1088/0957-4484/15/9/006. ISSN 0957-4484. S2CID 250913438.
  51. ^ a b R. V. Lapshin (2007). "Automatische Drift-Eliminierung in Sondenmikroskopbildern basierend auf Techniken der Merkmalserkennung von Counter-Scaning und Topography" (PDF). Messwissenschaft und Technologie. 18 (3): 907–927. Bibcode:2007Mesct..18..907l. doi:10.1088/0957-0233/18/3/046. ISSN 0957-0233. S2CID 121988564.
  52. ^ a b V. Y. Yurov; A. N. Klimov (1994). "Rastertunneling -Mikroskopkalibrierung und Rekonstruktion des realen Bildes: Drift und Steigungselopination". Überprüfung der wissenschaftlichen Instrumente. 65 (5): 1551–1557. Bibcode:1994rsci ... 65.1551y. doi:10.1063/1.1144890. ISSN 0034-6748. Archiviert von das Original (PDF) Am 2012-07-13.
  53. ^ G. Schitter; M. J. Rost (2008). "Scan-Sonde-Mikroskopie bei Videodaten". Materialien heute. 11 (Sonderausgabe): 40–48. doi:10.1016/s1369-7021 (09) 70006-9. ISSN 1369-7021.
  54. ^ R. V. Lapshin; O. V. Obyedkov (1993). "Schnell wirksamer Piezoaktuator und digitale Rückkopplungsschleife zum Scannen von Tunnelmikroskopen" (PDF). Überprüfung der wissenschaftlichen Instrumente. 64 (10): 2883–2887. Bibcode:1993RSCI ... 64.2883L. doi:10.1063/1.1144377. ISSN 0034-6748.
  55. ^ Septiadi, dedy; Crippa, Federica; Moore, Thomas Lee; Rothen-Rutishauser, Barbara; Petri-Fink, Alke (2018). "Nanopartikel -Zell -Wechselwirkung: Eine Zellmechanik -Perspektive". Fortgeschrittene Werkstoffe. 30 (19): 1704463. doi:10.1002/adma.201704463. ISSN 1521-4095. PMID 29315860. S2CID 19066377.
  56. ^ Jong, Wim H de; Borm, Paul JA (Juni 2008). "Arzneimittelabgabe und Nanopartikel: Anwendungen und Gefahren". Internationales Journal of Nanomedicine. 3 (2): 133–149. doi:10.2147/ijn.s596. PMC 2527668. PMID 18686775.
  57. ^ Pyrgiotakis, Georgios; Blattmann, Christoph O.; Demokritou, Philip (10. Juni 2014). "Echtzeit-Nanopartikel-Zell-Wechselwirkungen in physiologischen Medien durch Atomkraftmikroskopie". ACS Sustainable Chemistry & Engineering. 2 (Nachhaltige Nanotechnologie 2013): 1681–1690. doi:10.1021/sc500152g. PMC 4105194. PMID 25068097.
  58. ^ Evans, Evan A.; Calderwood, David A. (25. Mai 2007). "Kräfte und Bindungsdynamik in der Zelladhäsion". Wissenschaft. 316 (5828): 1148–1153. Bibcode:2007Sci ... 316.1148e. doi:10.1126/Science.1137592. PMID 17525329. S2CID 15109093.
  59. ^ Scheuring, Simon; Lévy, Daniel; Rigaud, Jean-Louis (1. Juli 2005). "Beobachten Sie die Komponenten". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranen. 1712 (2): 109–127. doi:10.1016/j.bbamem.2005.04.005. PMID 15919049.
  60. ^ Alsteens, David; Verbelen, Claire; Dague, Etienne; Raze, Dominique; Baulard, Alain R.; DUFRêne, Yves F. (April 2008). "Organisation der Mykobakterienzellwand: eine nanoskalige Aussicht". Pflückers Archiv: Europäisches Journal of Physiology. 456 (1): 117–125. doi:10.1007/s00424-007-0386-0. PMID 18043940.

Weitere Lektüre

Externe Links