Порівняння трьох режимів роботи принципу роботи АСМ мікроскопа
контактний режим
У контактному режимі наконечник завжди знаходиться в легкому контакті зі зразком, скануючи в режимі постійної висоти або постійної сили. Під час сканування наконечник ковзає по поверхні зразка. Як правило, контактний режим створює стабільні зображення з високою роздільною здатністю.
У контактному режимі, якщо м’який зразок сканується, поверхня зразка може бути пошкоджена через прямий контакт з кінчиком голки. Якщо силу між зразком і кінчиком послабити під час сканування, щоб захистити зразок, зображення може бути спотвореним або можуть виникнути артефакти. У той же час капілярна дія поверхні також зменшить роздільну здатність. Тому контактний режим, як правило, не підходить для дослідження біологічних макромолекул, зразків з низьким модулем пружності, а також зразків, які легко переміщувати та деформувати.
безконтактний режим
У безконтактному режимі наконечник вібрує над поверхнею зразка, ніколи не контактуючи зі зразком, а монітор зонда виявляє неруйнівні сили далекої дії, такі як сили Ван-дер-Ваальса та електростатичні сили на зображеному зразку. Незважаючи на те, що цей режим підвищує чутливість мікроскопа, коли відстань між кінчиком голки та зразком велика, роздільна здатність нижча, ніж у контактному режимі та режимі натискання, а зображення нестабільне, а операція відносно складна. Зображення в рідині має відносно мало застосувань у біології.
режим натискання
У режимі постукування кантилевер змушений вібрувати поблизу своєї резонансної частоти, а коливальний наконечник обережно торкається поверхні зразка, створюючи переривчастий контакт із зразком, тому його також називають режимом переривчастого контакту. Завдяки режиму постукування можна уникнути прилипання кінчика до зразка, а зразок практично не пошкоджується під час сканування. Коли кінчик режиму постукування торкається поверхні, він може подолати силу зчеплення між кінчиком і зразком, забезпечуючи достатню амплітуду кінчика. У той же час, оскільки діюча сила є вертикальною, на матеріал поверхні менше впливають бічні сили тертя, стиснення та зсуву. Ще однією перевагою режиму постукування порівняно з безконтактним режимом є великий і лінійний робочий діапазон, що робить систему вертикального зворотного зв’язку високостабільною та повторюваною для вимірювань зразків.
в
АСМ в режимі натискання можливий як в атмосферному, так і в рідкому середовищі. В атмосферному середовищі, коли кінчик голки не контактує зі зразком, мікрокантилевер вільно коливається з максимальною амплітудою; коли кінчик голки контактує з поверхнею зразка, хоча п’єзоелектричний керамічний лист збуджує мікрокантилевер до коливань з тією самою енергією, стерична перешкода змушує мікрокантилевер Амплітуда кантилевера зменшується, система зворотного зв’язку контролює амплітуду кантилевера до бути постійним, а кінчик голки слідує за підйомами та опусканнями поверхні зразка, рухаючись вгору та вниз для отримання інформації про форму. Режим постукування також підходить для роботи в рідині, і завдяки амортизаційному ефекту рідини сила зсуву між кінчиком голки та зразком менша, а пошкодження зразка менше, тому зображення режиму постукування в рідини можна проводити на активних біологічних зразках Тестування на місці, відстеження реакцій розчину на місці тощо.
бічний силовий режим
Латеральна силова мікроскопія (LFM) працює подібно до AFM у контактному режимі. Коли мікрокантилевер сканує над зразком, через взаємодію між кінчиком і поверхнею зразка, кантилевер коливається, і існує приблизно два напрямки деформації: вертикальний і горизонтальний. Взагалі кажучи, зміна у вертикальному напрямку, визначена лазерним детектором положення, відображає форму поверхні зразка, а зміна сигналу, виявлена в горизонтальному напрямку, через різні властивості матеріалу поверхні матеріалу, коефіцієнт тертя дорівнює теж різні. різні, тому в процесі сканування ступені лівого і правого спотворення мікрокантилевера також різні. Ступінь торсійного вигину кантилевера збільшується або зменшується в міру зміни фрикційних властивостей поверхні (підвищення тертя призводить до більшого кручення). Лазерний детектор вимірює та записує дані про рельєф і бічні сили окремо в реальному часі. Зазвичай не тільки різні компоненти поверхні зразка можуть призвести до спотворення мікрокантилевера, але й зміна морфології поверхні зразка також може спричинити спотворення мікрокантилевера, як показано на малюнку нижче . Щоб відрізнити ці два зображення, зображення LFM і AFM потрібно отримувати одночасно. Залежно від причини викривлення кантилевера, LFM зазвичай може використовуватися для отримання композиційних зображень і «покращених по краях зображень» поверхні матеріалу.
