Σύγκριση τριών τρόπων λειτουργίας του μικροσκοπίου AFM Αρχή εργασίας
λειτουργία επαφής
Στη λειτουργία επαφής, το άκρο είναι πάντα σε ελαφριά επαφή με το δείγμα, σαρώνοντας σε λειτουργία σταθερού ύψους ή σταθερής δύναμης. Κατά τη σάρωση, το άκρο γλιστρά πάνω από την επιφάνεια του δείγματος. Συνήθως, η λειτουργία επαφής παράγει σταθερές εικόνες υψηλής ανάλυσης.
Στη λειτουργία επαφής, εάν το μαλακό δείγμα σαρωθεί, η επιφάνεια του δείγματος μπορεί να καταστραφεί λόγω άμεσης επαφής με το άκρο της βελόνας. Εάν η δύναμη μεταξύ του δείγματος και του άκρου εξασθενήσει κατά τη σάρωση για την προστασία του δείγματος, η εικόνα μπορεί να παραμορφωθεί ή να ληφθούν τεχνουργήματα. Ταυτόχρονα, η τριχοειδής δράση της επιφάνειας θα μειώσει επίσης την ανάλυση. Επομένως, ο τρόπος επαφής γενικά δεν είναι κατάλληλος για τη μελέτη βιολογικών μακρομορίων, δειγμάτων με χαμηλό μέτρο ελαστικότητας και δειγμάτων που μετακινούνται εύκολα και παραμορφώνονται.
ανεπαφική λειτουργία
Στη λειτουργία χωρίς επαφή, το άκρο δονείται πάνω από την επιφάνεια του δείγματος, ποτέ δεν έρχεται σε επαφή με το δείγμα και η οθόνη ανιχνευτή ανιχνεύει μη καταστροφικές δυνάμεις μεγάλης εμβέλειας, όπως van der Waals και ηλεκτροστατικές δυνάμεις στο απεικονιζόμενο δείγμα. Παρόλο που αυτή η λειτουργία αυξάνει την ευαισθησία του μικροσκοπίου, όταν η απόσταση μεταξύ του άκρου της βελόνας και του δείγματος είναι μεγάλη, η ανάλυση είναι χαμηλότερη από αυτή της λειτουργίας επαφής και της λειτουργίας κρούσης και η απεικόνιση είναι ασταθής και η λειτουργία είναι σχετικά δύσκολη. Η απεικόνιση σε υγρό έχει σχετικά λίγες εφαρμογές στη βιολογία.
λειτουργία πατήματος
Στη λειτουργία χτυπήματος, ο πρόβολος αναγκάζεται να δονείται κοντά στη συχνότητα συντονισμού του και το ταλαντευόμενο άκρο χτυπά απαλά την επιφάνεια του δείγματος, κάνοντας διαλείπουσα επαφή με το δείγμα, επομένως ονομάζεται επίσης λειτουργία διαλείπουσας επαφής. Λόγω της λειτουργίας χτυπήματος, είναι δυνατό να αποφευχθεί η προσκόλληση του άκρου στο δείγμα και δεν υπάρχει σχεδόν καμία ζημιά στο δείγμα κατά τη σάρωση. Όταν το άκρο της λειτουργίας χτυπήματος αγγίζει την επιφάνεια, μπορεί να υπερνικήσει τη συγκολλητική δύναμη μεταξύ του άκρου και του δείγματος παρέχοντας επαρκές πλάτος του άκρου. Ταυτόχρονα, δεδομένου ότι η ενεργούσα δύναμη είναι κατακόρυφη, το υλικό της επιφάνειας επηρεάζεται λιγότερο από τις πλευρικές δυνάμεις τριβής, συμπίεσης και διάτμησης. Ένα άλλο πλεονέκτημα της λειτουργίας πατήματος σε σύγκριση με τη λειτουργία χωρίς επαφή είναι το μεγάλο και γραμμικό εύρος εργασίας, το οποίο καθιστά το σύστημα κάθετης ανάδρασης εξαιρετικά σταθερό και επαναλαμβανόμενο για μετρήσεις δειγμάτων.
ο
Η λειτουργία πατήματος AFM είναι εφικτή τόσο σε ατμοσφαιρικό όσο και σε υγρό περιβάλλον. Στο ατμοσφαιρικό περιβάλλον, όταν το άκρο της βελόνας δεν έρχεται σε επαφή με το δείγμα, ο μικροπρόβολος ταλαντώνεται ελεύθερα με το μέγιστο πλάτος. όταν το άκρο της βελόνας έρχεται σε επαφή με την επιφάνεια του δείγματος, αν και το πιεζοηλεκτρικό κεραμικό φύλλο διεγείρει τον μικροπρόβολο να ταλαντώνεται με την ίδια ενέργεια, το στερικό εμπόδιο κάνει τον μικροπρόβολο Το πλάτος του προβόλου μειώνεται, το σύστημα ανάδρασης ελέγχει το πλάτος του προβόλου σε να είναι σταθερή και το άκρο της βελόνας ακολουθεί τα πάνω και τα κάτω της επιφάνειας του δείγματος για να κινηθεί προς τα πάνω και προς τα κάτω για να λάβει τις πληροφορίες σχήματος. Η λειτουργία κτύπημα είναι επίσης κατάλληλη για λειτουργία σε υγρό και λόγω της απόσβεσης του υγρού, η δύναμη διάτμησης μεταξύ του άκρου της βελόνας και του δείγματος είναι μικρότερη και η ζημιά στο δείγμα είναι μικρότερη, επομένως η απεικόνιση του τρόπου κρούσης στο υγρό μπορεί να πραγματοποιηθεί σε ενεργά βιολογικά δείγματα Επιτόπια δοκιμή, επιτόπια παρακολούθηση αντιδράσεων διαλύματος κ.λπ.
λειτουργία πλευρικής δύναμης
Το Lateral Force Microscopy (LFM) λειτουργεί παρόμοια με το AFM στη λειτουργία επαφής. Όταν ο μικροπρόβολος σαρώνει πάνω από το δείγμα, λόγω της αλληλεπίδρασης μεταξύ του άκρου και της επιφάνειας του δείγματος, ο πρόβολος ταλαντεύεται και υπάρχουν περίπου δύο κατευθύνσεις παραμόρφωσης: κάθετη και οριζόντια. Σε γενικές γραμμές, η αλλαγή στην κατακόρυφη κατεύθυνση που ανιχνεύεται από τον ανιχνευτή θέσης λέιζερ αντανακλά το σχήμα της επιφάνειας του δείγματος και η αλλαγή στο σήμα που ανιχνεύεται στην οριζόντια κατεύθυνση, λόγω των διαφορετικών ιδιοτήτων υλικού της επιφάνειας του υλικού, ο συντελεστής τριβής είναι επίσης διαφορετικό. διαφορετικά, επομένως στη διαδικασία σάρωσης, οι βαθμοί αριστερής και δεξιάς παραμόρφωσης του μικροπρόβολου είναι επίσης διαφορετικοί. Ο βαθμός στρεπτικής κάμψης του προβόλου αυξάνεται ή μειώνεται καθώς αλλάζουν οι ιδιότητες τριβής της επιφάνειας (η αυξανόμενη τριβή οδηγεί σε μεγαλύτερη στρέψη). Ένας ανιχνευτής λέιζερ μετρά και καταγράφει δεδομένα τοπογραφίας και πλευρικής δύναμης χωριστά σε πραγματικό χρόνο. Συνήθως, όχι μόνο τα διαφορετικά στοιχεία της επιφάνειας του δείγματος μπορούν να οδηγήσουν σε παραμόρφωση του μικροπροβολέα, αλλά και η αλλαγή της μορφολογίας της επιφάνειας του δείγματος μπορεί επίσης να προκαλέσει την παραμόρφωση του μικροπροβολέα, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα . Για να γίνει διάκριση μεταξύ των δύο, συνήθως οι εικόνες LFM και οι εικόνες AFM θα πρέπει να λαμβάνονται ταυτόχρονα. Ανάλογα με την αιτία της παραμόρφωσης του προβόλου, το LFM μπορεί συνήθως να χρησιμοποιηθεί για τη λήψη εικόνων σύνθεσης και "εικόνων βελτιωμένων στα άκρα" της επιφάνειας του υλικού.
