Vergelijking van drie werkingsmodi van microscoop AFM-werkprincipe
contact modus
In de contactmodus is de tip altijd in licht contact met het monster, scannen in constante hoogte of constante krachtmodus. Tijdens het scannen glijdt de punt over het monsteroppervlak. Doorgaans produceert de contactmodus stabiele beelden met een hoge resolutie.
Als in de contactmodus het zachte monster wordt gescand, kan het oppervlak van het monster worden beschadigd door direct contact met de naaldpunt. Als de kracht tussen het monster en de punt verzwakt tijdens het scannen om het monster te beschermen, kan het beeld worden vervormd of kunnen artefacten worden verkregen. Tegelijkertijd zal de capillaire werking van het oppervlak ook de resolutie verminderen. Daarom is de contactmodus over het algemeen niet geschikt voor het bestuderen van biologische macromoleculen, monsters met een lage elasticiteitsmodulus en monsters die gemakkelijk kunnen worden verplaatst en vervormd.
contactloze modus
In contactloze modus trilt de tip boven het monsteroppervlak, nooit in contact met het monster, en de sondemonitor detecteert niet-destructieve krachten over een groot bereik, zoals van der Waals en elektrostatische krachten op het afgebeelde monster. Hoewel deze modus de gevoeligheid van de microscoop verhoogt, is de resolutie bij een lange afstand tussen de naaldpunt en het monster lager dan die van de contactmodus en de tapmodus, is de beeldvorming onstabiel en is de bediening relatief moeilijk. Beeldvorming in vloeistof kent relatief weinig toepassingen in de biologie.
tik-modus
In de tikmodus wordt de cantilever gedwongen te trillen in de buurt van zijn resonantiefrequentie, en de oscillerende punt tikt zachtjes op het oppervlak van het monster, waardoor het intermitterend contact maakt met het monster, dus het wordt ook wel intermitterende contactmodus genoemd. Door de tapping-modus is het mogelijk om te voorkomen dat de punt aan het monster blijft kleven en is er bijna geen schade aan het monster tijdens het scannen. Wanneer de punt van de tikmodus het oppervlak raakt, kan deze de kleefkracht tussen de punt en het monster overwinnen door voldoende amplitude van de punt te bieden. Tegelijkertijd wordt het oppervlaktemateriaal, aangezien de werkende kracht verticaal is, minder beïnvloed door zijdelingse wrijving, compressie en afschuifkrachten. Een ander voordeel van de tapping-modus in vergelijking met de contactloze modus is het grote en lineaire werkbereik, waardoor het verticale feedbacksysteem zeer stabiel en herhaalbaar is voor monstermetingen.
de
Tapping mode AFM is haalbaar in zowel atmosferische als vloeibare omgevingen. In de atmosferische omgeving, wanneer de naaldpunt niet in contact is met het monster, oscilleert de microcantilever vrij met de maximale amplitude; wanneer de naaldpunt in contact is met het monsteroppervlak, hoewel de piëzo-elektrische keramische plaat de microcantilever prikkelt om met dezelfde energie te oscilleren, maakt de sterische hindering de microcantilever. De amplitude van de cantilever neemt af, het feedbacksysteem regelt de amplitude van de cantilever naar wees constant en de naaldpunt volgt de ups en downs van het monsteroppervlak om op en neer te bewegen om de vorminformatie te verkrijgen. De tikmodus is ook geschikt voor gebruik in vloeistof, en vanwege het dempende effect van de vloeistof is de afschuifkracht tussen de naaldpunt en het monster kleiner en is de schade aan het monster kleiner, dus de beeldvorming in de tikmodus in de vloeistof kan worden uitgevoerd op actieve biologische monsters Testen ter plaatse, volgen van oplossingsreacties ter plaatse, enz.
laterale kracht modus
Lateral Force Microscopy (LFM) werkt op dezelfde manier als AFM in contactmodus. Wanneer de micro-cantilever boven het monster scant, als gevolg van de interactie tussen de punt en het monsteroppervlak, zwaait de cantilever en zijn er ruwweg twee richtingen van vervorming: verticaal en horizontaal. Over het algemeen weerspiegelt de verandering in de verticale richting gedetecteerd door de laserpositiedetector de vorm van het monsteroppervlak en de verandering in het signaal gedetecteerd in de horizontale richting, vanwege de verschillende materiaaleigenschappen van het materiaaloppervlak, is de wrijvingscoëfficiënt ook anders. verschillend, dus tijdens het scannen zijn de graden van linker en rechter vervorming van de microcantilever ook verschillend. De mate van torsiebuiging van de cantilever neemt toe of af naarmate de wrijvingseigenschappen van het oppervlak veranderen (toenemende wrijving resulteert in grotere torsie). Een laserdetector meet en registreert topografische en laterale krachtgegevens afzonderlijk in realtime. Gewoonlijk kunnen niet alleen de verschillende componenten van het monsteroppervlak leiden tot de vervorming van de micro-cantilever, maar ook de verandering van de oppervlaktemorfologie van het monster kan ook de vervorming van de micro-cantilever veroorzaken, zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding . Om onderscheid te maken tussen de twee, moeten LFM-afbeeldingen en AFM-afbeeldingen gewoonlijk gelijktijdig worden verkregen. Afhankelijk van de oorzaak van de vervorming van de cantilever, kan LFM meestal worden gebruikt om compositiebeelden en "randverbeterde beelden" van het materiaaloppervlak te verkrijgen.
