Porovnanie troch prevádzkových režimov mikroskopu AFM pracovný princíp
kontaktný režim
V kontaktnom režime je hrot vždy v ľahkom kontakte so vzorkou, pričom skenuje v režime konštantnej výšky alebo konštantnej sily. Počas skenovania sa hrot posúva po povrchu vzorky. Kontaktný režim zvyčajne vytvára stabilné obrázky s vysokým rozlíšením.
V kontaktnom režime, ak sa skenuje mäkká vzorka, môže dôjsť k poškodeniu povrchu vzorky v dôsledku priameho kontaktu s hrotom ihly. Ak sa sila medzi vzorkou a hrotom počas skenovania zoslabí, aby sa vzorka ochránila, obraz môže byť skreslený alebo sa môžu získať artefakty. Súčasne kapilárne pôsobenie povrchu tiež zníži rozlíšenie. Preto kontaktný režim vo všeobecnosti nie je vhodný na štúdium biologických makromolekúl, vzoriek s nízkym modulom pružnosti a vzoriek, ktoré sa ľahko pohybujú a deformujú.
bezkontaktný režim
V bezkontaktnom režime hrot vibruje nad povrchom vzorky, nikdy nie je v kontakte so vzorkou a monitor sondy deteguje nedeštruktívne sily s dlhým dosahom, ako sú van der Waalsove sily a elektrostatické sily na zobrazenej vzorke. Aj keď tento režim zvyšuje citlivosť mikroskopu, keď je vzdialenosť medzi hrotom ihly a vzorkou dlhá, rozlíšenie je nižšie ako v kontaktnom režime a režime klepnutia a zobrazenie je nestabilné a operácia je pomerne náročná. Zobrazovanie v kvapaline má v biológii relatívne málo aplikácií.
režim klepnutia
V režime klepania je konzola nútená vibrovať v blízkosti svojej rezonančnej frekvencie a oscilujúci hrot jemne poklepáva na povrch vzorky, čím dochádza k prerušovanému kontaktu so vzorkou, takže sa nazýva aj režim prerušovaného kontaktu. Vďaka režimu klepania je možné zabrániť prilepeniu hrotu k vzorke a pri skenovaní nedochádza takmer k žiadnemu poškodeniu vzorky. Keď sa hrot v režime poklepania dotkne povrchu, môže prekonať adhéznu silu medzi hrotom a vzorkou poskytnutím dostatočnej amplitúdy hrotu. Zároveň, keďže pôsobiaca sila je vertikálna, povrchový materiál je menej ovplyvnený bočným trením, tlakom a šmykovými silami. Ďalšou výhodou režimu odpichu v porovnaní s bezkontaktným režimom je veľký a lineárny pracovný rozsah, vďaka ktorému je systém vertikálnej spätnej väzby vysoko stabilný a opakovateľný pre merania vzoriek.
a
Režim odpichu AFM je dosiahnuteľný v atmosférickom aj kvapalnom prostredí. V atmosférickom prostredí, keď hrot ihly nie je v kontakte so vzorkou, mikrokonzola voľne osciluje s maximálnou amplitúdou; keď je hrot ihly v kontakte s povrchom vzorky, hoci piezoelektrická keramická platňa vybudí mikrokonzolu, aby oscilovala s rovnakou energiou, stérická prekážka spôsobí, že sa mikrokonzola zníži, systém spätnej väzby riadi amplitúdu konzoly na byť konštantná a hrot ihly sleduje vzostupy a zostupy povrchu vzorky, aby sa pohyboval nahor a nadol, aby získal informácie o tvare. Režim poklepania je vhodný aj na prevádzku v kvapaline a vďaka tlmiacemu účinku kvapaliny je šmyková sila medzi hrotom ihly a vzorkou menšia a poškodenie vzorky je menšie, takže režim poklepania v kvapalina sa môže vykonávať na aktívnych biologických vzorkách Testovanie na mieste, sledovanie reakcií roztoku na mieste atď.
režim bočnej sily
Mikroskopia laterálnej sily (LFM) funguje podobne ako AFM v kontaktnom režime. Keď mikrokonzola skenuje nad vzorkou, v dôsledku interakcie medzi hrotom a povrchom vzorky sa konzola kýva a existujú zhruba dva smery deformácie: vertikálny a horizontálny. Všeobecne povedané, zmena vo vertikálnom smere zistená detektorom polohy lasera odráža tvar povrchu vzorky a zmena signálu zistená v horizontálnom smere v dôsledku rôznych materiálových vlastností povrchu materiálu je koeficient trenia. tiež odlišné. rôzne, takže v procese skenovania sú stupne ľavého a pravého skreslenia mikrokonzoly tiež odlišné. Stupeň torzného ohybu konzoly sa zvyšuje alebo znižuje so zmenou trecích vlastností povrchu (zvýšenie trenia má za následok väčšie krútenie). Laserový detektor meria a zaznamenáva údaje o topografii a bočných silách oddelene v reálnom čase. Zvyčajne nielen rôzne zložky povrchu vzorky môžu viesť k deformácii mikrokonzoly, ale aj zmena morfológie povrchu vzorky môže spôsobiť deformáciu mikrokonzoly, ako je znázornené na obrázku nižšie. . Aby bolo možné rozlíšiť medzi nimi, zvyčajne by sa snímky LFM a snímky AFM mali získavať súčasne. V závislosti od príčiny skreslenia konzoly možno LFM zvyčajne použiť na získanie kompozičných obrázkov a "obrázkov so zvýraznenými okrajmi" povrchu materiálu.
