Confronto di tre modalità operative del principio di funzionamento del microscopio AFM
modalità di contatto
In modalità di contatto, la punta è sempre in leggero contatto con il campione, scansionando ad altezza costante o in modalità a forza costante. Durante la scansione, la punta scorre sulla superficie del campione. In genere, la modalità contatto produce immagini stabili e ad alta risoluzione.
Nella modalità di contatto, se si esegue la scansione del campione morbido, la superficie del campione potrebbe danneggiarsi a causa del contatto diretto con la punta dell'ago. Se la forza tra il campione e la punta viene indebolita durante la scansione per proteggere il campione, l'immagine potrebbe risultare distorta o si potrebbero ottenere artefatti. Allo stesso tempo, anche l'azione capillare della superficie ridurrà la risoluzione. Pertanto, la modalità di contatto non è generalmente adatta allo studio di macromolecole biologiche, campioni con basso modulo elastico e campioni facili da spostare e deformare.
modalità senza contatto
In modalità senza contatto, la punta vibra sopra la superficie del campione, mai a contatto con il campione, e il monitor della sonda rileva forze non distruttive a lungo raggio come van der Waals e forze elettrostatiche sul campione sottoposto a imaging. Sebbene questa modalità aumenti la sensibilità del microscopio, quando la distanza tra la punta dell'ago e il campione è lunga, la risoluzione è inferiore a quella della modalità di contatto e della modalità di tocco, e l'imaging è instabile e l'operazione è relativamente difficile. L'imaging in liquidi ha relativamente poche applicazioni in biologia.
modalità tocco
Nella modalità di tocco, il cantilever è costretto a vibrare vicino alla sua frequenza di risonanza e la punta oscillante tocca delicatamente la superficie del campione, stabilendo un contatto intermittente con il campione, quindi è anche chiamata modalità di contatto intermittente. Grazie alla modalità di maschiatura, è possibile evitare che la punta si attacchi al campione e non si verificano quasi danni al campione durante la scansione. Quando la punta della modalità maschiatura tocca la superficie, può superare la forza adesiva tra la punta e il campione fornendo un'ampiezza sufficiente della punta. Allo stesso tempo, poiché la forza agente è verticale, il materiale superficiale è meno influenzato dalle forze di attrito laterale, compressione e taglio. Un altro vantaggio della modalità di maschiatura rispetto alla modalità senza contatto è l'intervallo di lavoro ampio e lineare, che rende il sistema di feedback verticale altamente stabile e ripetibile per le misurazioni del campione.
IL
La modalità di intercettazione AFM è realizzabile sia in ambienti atmosferici che liquidi. Nell'ambiente atmosferico, quando la punta dell'ago non è a contatto con il campione, il microcantilever oscilla liberamente con la massima ampiezza; quando la punta dell'ago è a contatto con la superficie del campione, sebbene il foglio ceramico piezoelettrico ecciti il microcantilever ad oscillare con la stessa energia, l'impedimento sterico fa sì che il microcantilever diminuisca L'ampiezza del cantilever diminuisce, il sistema di feedback controlla l'ampiezza del cantilever a essere costante e la punta dell'ago segue gli alti e bassi della superficie del campione per spostarsi su e giù per ottenere le informazioni sulla forma. La modalità di maschiatura è adatta anche per il funzionamento in liquidi e, a causa dell'effetto di smorzamento del liquido, la forza di taglio tra la punta dell'ago e il campione è minore e il danno al campione è minore, quindi l'imaging della modalità di maschiatura nel liquido può essere eseguito su campioni biologici attivi Test in loco, monitoraggio in loco delle reazioni in soluzione, ecc.
modalità di forza laterale
La microscopia a forza laterale (LFM) funziona in modo simile all'AFM in modalità di contatto. Quando il micro-cantilever scansiona sopra il campione, a causa dell'interazione tra la punta e la superficie del campione, il cantilever oscilla e ci sono approssimativamente due direzioni di deformazione: verticale e orizzontale. In generale, il cambiamento nella direzione verticale rilevato dal rilevatore di posizione laser riflette la forma della superficie del campione e il cambiamento nel segnale rilevato nella direzione orizzontale, a causa delle diverse proprietà del materiale della superficie del materiale, il coefficiente di attrito è anche diverso. diverso, quindi nel processo di scansione, anche i gradi di distorsione sinistra e destra del microcantilever sono diversi. Il grado di flessione torsionale del cantilever aumenta o diminuisce al variare delle proprietà di attrito della superficie (l'aumento dell'attrito si traduce in una maggiore torsione). Un rilevatore laser misura e registra separatamente i dati della topografia e della forza laterale in tempo reale. Di solito, non solo le diverse componenti della superficie del campione possono portare alla distorsione del micro-cantilever, ma anche il cambiamento della morfologia superficiale del campione può anche causare la distorsione del micro-cantilever, come mostrato nella figura sottostante . Per distinguere tra i due, di solito le immagini LFM e le immagini AFM dovrebbero essere acquisite contemporaneamente. A seconda della causa della distorsione del cantilever, LFM può essere solitamente utilizzato per ottenere immagini compositive e "immagini con bordi migliorati" della superficie del materiale.
