Sammenligning af tre driftstilstande for mikroskop AFM-arbejdsprincip
kontakttilstand
I kontakttilstand er spidsen altid i let kontakt med prøven, scanner i konstant højde eller konstant krafttilstand. Under scanning glider spidsen over prøveoverfladen. Typisk giver kontakttilstand stabile billeder i høj opløsning.
I kontakttilstanden, hvis den bløde prøve scannes, kan prøveoverfladen blive beskadiget på grund af direkte kontakt med nålespidsen. Hvis kraften mellem prøven og spidsen svækkes under scanning for at beskytte prøven, kan billedet blive forvrænget, eller der kan opnås artefakter. Samtidig vil overfladens kapillære virkning også reducere opløsningen. Derfor er kontakttilstanden generelt ikke egnet til at studere biologiske makromolekyler, prøver med lavt elasticitetsmodul og prøver, der er nemme at flytte og deformere.
kontaktløs tilstand
I berøringsfri tilstand vibrerer spidsen over prøveoverfladen, aldrig i kontakt med prøven, og sondemonitoren detekterer ikke-destruktive langtrækkende kræfter såsom van der Waals og elektrostatiske kræfter på den afbildede prøve. Selvom denne tilstand øger mikroskopets følsomhed, når afstanden mellem nålespidsen og prøven er lang, er opløsningen lavere end for kontakttilstanden og taptilstanden, og billeddannelsen er ustabil, og operationen er relativt vanskelig. Billeddannelse i væske har relativt få anvendelser i biologi.
tryktilstand
I tappetilstanden tvinges cantileveren til at vibrere nær dens resonansfrekvens, og den oscillerende spids banker forsigtigt på overfladen af prøven og laver intermitterende kontakt med prøven, så det kaldes også intermitterende kontakttilstand. På grund af tappetilstanden er det muligt at undgå, at spidsen klæber til prøven, og der er næsten ingen skade på prøven under scanning. Når spidsen af banketilstanden rører overfladen, kan den overvinde klæbekraften mellem spidsen og prøven ved at give tilstrækkelig amplitude af spidsen. Samtidig, da den virkende kraft er lodret, påvirkes overfladematerialet mindre af lateral friktion, kompression og forskydningskræfter. En anden fordel ved tapningstilstanden sammenlignet med den berøringsfrie tilstand er det store og lineære arbejdsområde, som gør det vertikale feedbacksystem meget stabilt og gentageligt til prøvemålinger.
det
Tappetilstand AFM er opnåelig i både atmosfæriske og flydende miljøer. I det atmosfæriske miljø, når nålespidsen ikke er i kontakt med prøven, svinger mikrocantileveren frit med den maksimale amplitude; når nålespidsen er i kontakt med prøveoverfladen, selvom den piezoelektriske keramiske plade exciterer mikrokantilen til at oscillere med samme energi, gør den steriske hindring mikrokantilen. være konstant, og nålespidsen følger op og ned på prøveoverfladen for at bevæge sig op og ned for at få forminformationen. Tappetilstanden er også velegnet til drift i væske, og på grund af væskens dæmpende effekt er forskydningskraften mellem nålespidsen og prøven mindre, og skaden på prøven er mindre, så tappetilstandsbilleddannelsen i væske kan udføres på aktive biologiske prøver Test på stedet, sporing på stedet af opløsningsreaktioner mv.
lateral krafttilstand
Lateral Force Microscopy (LFM) fungerer på samme måde som AFM i kontakttilstand. Når mikro-cantileveren scanner over prøven, på grund af interaktionen mellem spidsen og prøveoverfladen, svinger cantileveren, og der er groft sagt to retninger af deformation: lodret og vandret. Generelt set afspejler ændringen i den vertikale retning, der detekteres af laserpositionsdetektoren, formen af prøveoverfladen, og ændringen i signalet, der detekteres i vandret retning, på grund af materialeoverfladens forskellige materialeegenskaber, er friktionskoefficienten også anderledes. forskellige, så i scanningsprocessen er graderne af venstre og højre forvrængning af mikrocantileveren også forskellige. Graden af torsionsbøjning af cantilever stiger eller falder, efterhånden som overfladens friktionsegenskaber ændres (øgende friktion resulterer i større torsion). En laserdetektor måler og registrerer topografi- og sidekraftdata separat i realtid. Normalt kan ikke kun de forskellige komponenter af prøveoverfladen føre til forvrængning af mikro-cantileveren, men også ændringen af overflademorfologien af prøven kan også forårsage forvrængning af mikro-cantileveren, som vist i figuren nedenfor . For at skelne mellem de to bør normalt LFM-billeder og AFM-billeder erhverves samtidigt. Afhængigt af årsagen til forvrængning af cantileveren, kan LFM normalt bruges til at opnå kompositionsbilleder og "kantforstærkede billeder" af materialets overflade.
