Porównanie trzech trybów działania zasady działania mikroskopu AFM
tryb kontaktu
W trybie kontaktowym końcówka jest zawsze w lekkim kontakcie z próbką, skanując w trybie stałej wysokości lub stałej siły. Podczas skanowania końcówka ślizga się po powierzchni próbki. Zazwyczaj tryb kontaktu zapewnia stabilne obrazy o wysokiej rozdzielczości.
W trybie kontaktowym, jeśli skanowana jest miękka próbka, powierzchnia próbki może ulec uszkodzeniu w wyniku bezpośredniego kontaktu z końcówką igły. Jeśli siła między próbką a końcówką zostanie osłabiona podczas skanowania w celu ochrony próbki, obraz może być zniekształcony lub mogą pojawić się artefakty. Jednocześnie działanie kapilarne powierzchni również zmniejszy rozdzielczość. Dlatego tryb kontaktowy generalnie nie jest odpowiedni do badania makrocząsteczek biologicznych, próbek o niskim module sprężystości oraz próbek, które łatwo się przesuwają i odkształcają.
tryb zbliżeniowy
W trybie bezkontaktowym końcówka wibruje nad powierzchnią próbki, nigdy nie stykając się z próbką, a monitor sondy wykrywa nieniszczące siły dalekiego zasięgu, takie jak siły van der Waalsa i siły elektrostatyczne działające na zobrazowaną próbkę. Chociaż ten tryb zwiększa czułość mikroskopu, to gdy odległość między końcówką igły a próbką jest duża, rozdzielczość jest niższa niż w trybie kontaktowym i trybie stukowym, a obrazowanie jest niestabilne, a obsługa stosunkowo trudna. Obrazowanie w cieczy ma stosunkowo niewiele zastosowań w biologii.
tryb stukania
W trybie stukania wspornik jest zmuszany do wibrowania w pobliżu swojej częstotliwości rezonansowej, a oscylująca końcówka delikatnie uderza w powierzchnię próbki, powodując przerywany kontakt z próbką, dlatego jest również nazywany trybem przerywanego kontaktu. Dzięki trybowi stukania możliwe jest uniknięcie przyklejania się końcówki do próbki, a także prawie nie dochodzi do uszkodzenia próbki podczas skanowania. Kiedy końcówka trybu stukania dotyka powierzchni, może pokonać siłę przyczepności między końcówką a próbką, zapewniając wystarczającą amplitudę końcówki. Jednocześnie, ponieważ siła działająca jest pionowa, materiał powierzchniowy jest mniej podatny na tarcie boczne, siły ściskające i ścinające. Kolejną zaletą trybu stukania w porównaniu z trybem bezkontaktowym jest duży i liniowy zakres pracy, co sprawia, że system pionowego sprzężenia zwrotnego jest wysoce stabilny i powtarzalny dla pomiarów próbek.
the
Tryb gwintowania AFM jest osiągalny zarówno w środowisku atmosferycznym, jak i ciekłym. W środowisku atmosferycznym, gdy końcówka igły nie styka się z próbką, mikrowspornik swobodnie oscyluje z maksymalną amplitudą; gdy końcówka igły styka się z powierzchnią próbki, chociaż piezoelektryczny arkusz ceramiczny pobudza mikrowspornik do oscylacji z tą samą energią, zawada przestrzenna powoduje, że mikrowspornik Amplituda wspornika maleje, system sprzężenia zwrotnego kontroluje amplitudę wspornika, aby być stała, a końcówka igły podąża za wzniesieniami i spadkami powierzchni próbki, poruszając się w górę i w dół, aby uzyskać informacje o kształcie. Tryb stukania nadaje się również do pracy w cieczy, a ze względu na tłumiące działanie cieczy siła ścinająca między końcówką igły a próbką jest mniejsza, a uszkodzenie próbki jest mniejsze, dlatego obrazowanie w trybie stukania w cieczy można przeprowadzić na aktywnych próbkach biologicznych Testy na miejscu, śledzenie reakcji roztworu na miejscu itp.
tryb siły bocznej
Mikroskopia sił bocznych (LFM) działa podobnie do AFM w trybie kontaktowym. Kiedy mikro-wspornik skanuje nad próbką, w wyniku interakcji między końcówką a powierzchnią próbki, wspornik odchyla się i istnieją mniej więcej dwa kierunki deformacji: pionowy i poziomy. Ogólnie rzecz biorąc, zmiana kierunku pionowego wykryta przez laserowy detektor położenia odzwierciedla kształt powierzchni próbki, a zmiana sygnału wykryta w kierunku poziomym, ze względu na różne właściwości materiału powierzchni materiału, współczynnik tarcia wynosi też inny. różne, więc w procesie skanowania różne są również stopnie zniekształcenia mikrowspornika w lewo iw prawo. Stopień ugięcia skrętnego wspornika zwiększa się lub zmniejsza wraz ze zmianą właściwości ciernych powierzchni (zwiększenie tarcia powoduje większe skręcenie). Detektor laserowy mierzy i rejestruje dane dotyczące topografii i siły bocznej oddzielnie w czasie rzeczywistym. Zwykle nie tylko różne składniki powierzchni próbki mogą prowadzić do zniekształcenia mikrowspornika, ale także zmiana morfologii powierzchni próbki może również spowodować zniekształcenie mikrowspornika, jak pokazano na poniższym rysunku . Aby rozróżnić te dwa obrazy, zwykle obrazy LFM i obrazy AFM powinny być pozyskiwane jednocześnie. W zależności od przyczyny zniekształcenia wspornika, LFM można zwykle wykorzystać do uzyskania obrazów kompozycyjnych i „obrazów ze wzmocnionymi krawędziami” powierzchni materiału.
