परमाणु बल माइक्रोस्कोपी कैंटिलीवर-आधारित नैनोइंडेंटेशन: हवा और द्रव में नैनोस्केल पर यांत्रिक संपत्ति माप

Summary

एक नमूना सतह पर परमाणु बल माइक्रोस्कोप (एएफएम) जांच टिप द्वारा लागू संपर्क क्षेत्र और बल की मात्रा निर्धारित करना नैनोस्केल यांत्रिक संपत्ति निर्धारण को सक्षम बनाता है। लोचदार मापांक या अन्य नैनोमैकेनिकल गुणों को मापने के लिए नरम और कठोर नमूनों पर हवा या तरल पदार्थ में एएफएम कैंटिलीवर-आधारित नैनोइंडेंटेशन को लागू करने के लिए सर्वोत्तम प्रथाओं पर चर्चा की गई है।

Abstract

एक परमाणु बल माइक्रोस्कोप (एएफएम) मूल रूप से नैनोस्केल एएफएम जांच टिप और नमूना सतह के बीच बातचीत को मापता है। यदि जांच टिप द्वारा लागू बल और नमूने के साथ इसके संपर्क क्षेत्र को निर्धारित किया जा सकता है, तो जांच की जा रही सतह के नैनोस्केल यांत्रिक गुणों (जैसे, लोचदार या यंग के मापांक) को निर्धारित करना संभव है। मात्रात्मक एएफएम कैंटिलीवर-आधारित नैनोइंडेंटेशन प्रयोगों को करने के लिए एक विस्तृत प्रक्रिया यहां प्रदान की गई है, जिसमें प्रतिनिधि उदाहरण हैं कि केपीए से लेकर जीपीए तक विभिन्न प्रकार के नमूना प्रकारों के लोचदार मोडुलिन को निर्धारित करने के लिए तकनीक को कैसे लागू किया जा सकता है। इनमें जीवित मेसेनकाइमल स्टेम सेल (एमएससी) और शारीरिक बफर में नाभिक, राल-एम्बेडेड निर्जलित लोब्लोली पाइन क्रॉस-सेक्शन और अलग-अलग संरचना के बेकन शेल्स शामिल हैं।

इसके अतिरिक्त, एएफएम कैंटिलीवर-आधारित नैनोइंडेंटेशन का उपयोग फॉस्फोलिपिड बाइलेयर की टूटने की ताकत (यानी, ब्रेकथ्रू फोर्स) की जांच के लिए किया जाता है। तकनीक के उचित कार्यान्वयन में सहायता के लिए विधि विकल्प और विकास, जांच चयन और अंशांकन, रुचि पहचान का क्षेत्र, नमूना विषमता, सुविधा आकार और पहलू अनुपात, टिप वियर, सतह खुरदरापन, और डेटा विश्लेषण और माप सांख्यिकी जैसे महत्वपूर्ण व्यावहारिक विचारों पर चर्चा की जाती है। अंत में, इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी तकनीकों के साथ एएफएम-व्युत्पन्न नैनोमैकेनिकल मानचित्रों का सह-स्थानीयकरण जो मौलिक संरचना के बारे में अतिरिक्त जानकारी प्रदान करता है, का प्रदर्शन किया जाता है।

Introduction

सामग्री के यांत्रिक गुणों को समझना इंजीनियरिंग में सबसे मौलिक और आवश्यक कार्यों में से एक है। थोक सामग्री गुणों के विश्लेषण के लिए, सामग्री प्रणालियों के यांत्रिक गुणों को चिह्नित करने के लिए कई तरीके उपलब्ध हैं, जिनमें तन्यता परीक्षण¹, संपीड़न परीक्षण², और तीन- या चार-बिंदु झुकने (लचीले) परीक्षण³ शामिल हैं। जबकि ये माइक्रोस्केल परीक्षण थोक सामग्री गुणों के बारे में अमूल्य जानकारी प्रदान कर सकते हैं, वे आम तौर पर विफलता के लिए आयोजित किए जाते हैं, और इसलिए विनाशकारी होते हैं। इसके अतिरिक्त, उनके पास कई भौतिक प्रणालियों के सूक्ष्म और नैनोस्केल गुणों की सटीक जांच करने के लिए आवश्यक स्थानिक संकल्प की कमी है, जो आज रुचि रखते हैं, जैसे पतली फिल्में, जैविक सामग्री और नैनोकम्पोजिट्स। बड़े पैमाने पर यांत्रिक परीक्षण के साथ कुछ समस्याओं को संबोधित करना शुरू करने के लिए, मुख्य रूप से इसकी विनाशकारी प्रकृति, खनिज विज्ञान से माइक्रोहार्डनेस परीक्षणों को अपनाया गया था। कठोरता विशिष्ट परिस्थितियों में प्लास्टिक विरूपण के लिए एक सामग्री के प्रतिरोध का एक उपाय है। सामान्य तौर पर, माइक्रोहार्डनेस परीक्षण एक कठोर जांच का उपयोग करते हैं, जो आमतौर पर कठोर स्टील या हीरे से बना होता है, ताकि किसी सामग्री में प्रवेश किया जा सके। परिणामस्वरूप इंडेंटेशन गहराई और / या क्षेत्र का उपयोग कठोरता निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है। विकर्स⁴, नोप⁵ और ब्रिनेल⁶ कठोरता सहित कई तरीकों को विकसित किया गया है; प्रत्येक माइक्रोस्केल सामग्री कठोरता का एक उपाय प्रदान करता है, लेकिन विभिन्न स्थितियों और परिभाषाओं के तहत, और इस तरह केवल डेटा का उत्पादन करता है जिसकी तुलना समान परिस्थितियों में किए गए परीक्षणों से की जा सकती है।

विभिन्न माइक्रोहार्डनेस परीक्षण विधियों के माध्यम से प्राप्त सापेक्ष मूल्यों में सुधार करने, यांत्रिक गुणों के विश्लेषण के लिए संभव स्थानिक रिज़ॉल्यूशन में सुधार करने और पतली फिल्मों के विश्लेषण को सक्षम करने के लिए इंस्ट्रूमेंटेड नैनोइंडेंटेशन विकसित किया गया था। महत्वपूर्ण रूप से, ओलिवर और फार⁷ द्वारा पहली बार विकसित विधि का उपयोग करके, एक नमूना सामग्री के लोचदार या यंग के मापांक, ई, को यंत्रीकृत नैनोइंडेंटेशन के माध्यम से निर्धारित किया जा सकता है। इसके अलावा, एक बर्कोविच तीन-तरफा पिरामिड नैनोइंडेंटर जांच (जिसका आदर्श टिप क्षेत्र फ़ंक्शन विकर्स चार-तरफा पिरामिड जांच से मेल खाता है) ^को नियोजित करके, नैनोस्केल और अधिक पारंपरिक माइक्रोस्केल कठोरता माप के बीच सीधी तुलना की जा सकती है। एएफएम की लोकप्रियता में वृद्धि के साथ, एएफएम कैंटिलीवर-आधारित नैनोइंडेंटेशन ने विशेष रूप से नरम सामग्री के यांत्रिक गुणों को मापने के लिए भी ध्यान आकर्षित करना शुरू कर दिया। नतीजतन, जैसा कि चित्र 1 में योजनाबद्ध रूप से दर्शाया गया है, नैनोस्केल यांत्रिक गुणों से पूछताछ और मात्रा निर्धारित करने के लिए आज दो सबसे अधिक नियोजित तकनीकें उपकरण नैनोइंडेंटेशन (चित्रा 1 ए) और एएफएम कैंटिलीवर-आधारित नैनोइंडेंटेशन (चित्रा 1 बी) ⁹ हैं, जिनमें से उत्तरार्द्ध इस काम का फोकस है।

चित्रा 1: उपकरण और एएफएम कैंटिलीवर आधारित नैनोइंडेंटेशन सिस्टम की तुलना। (ए) यंत्रीकृत नैनोइंडेंटेशन और (बी) एएफएम कैंटिलीवर-आधारित नैनोइंडेंटेशन के संचालन के लिए विशिष्ट प्रणालियों को दर्शाने वाले योजनाबद्ध आरेख। यह आंकड़ा कियान एट ^अल.51 से संशोधित किया गया था। संक्षिप्त नाम: एएफएम = परमाणु बल माइक्रोस्कोपी। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

उपकरण और एएफएम कैंटिलीवर-आधारित नैनोइंडेंटेशन दोनों रुचि की नमूना सतह को विकृत करने और समय के कार्य के रूप में परिणामी बल और विस्थापन की निगरानी करने के लिए एक कठोर जांच का उपयोग करते हैं। आमतौर पर, या तो वांछित लोड (यानी, बल) या (जेड-पीज़ो) विस्थापन प्रोफ़ाइल उपयोगकर्ता द्वारा सॉफ्टवेयर इंटरफ़ेस के माध्यम से निर्दिष्ट की जाती है और सीधे उपकरण द्वारा नियंत्रित की जाती है, जबकि अन्य पैरामीटर मापा जाता है। नैनोइंडेंटेशन प्रयोगों से प्राप्त यांत्रिक गुण अक्सर लोचदार मापांक (ई) है, जिसे यंग के मापांक के रूप में भी जाना जाता है, जिसमें दबाव की इकाइयाँ होती हैं। किसी सामग्री का लोचदार मापांक बंधन कठोरता से संबंधित एक मौलिक गुण है और इसे प्लास्टिक विरूपण की शुरुआत से पहले लोचदार (यानी, प्रतिवर्ती या अस्थायी) विरूपण के दौरान अक्षीय तनाव (ε, इंडेंटेशन अक्ष के साथ आनुपातिक विरूपण) के लिए तन्यता या संपीड़ित तनाव (σ, प्रति इकाई क्षेत्र में लागू बल) के अनुपात के रूप में परिभाषित किया गया है।

(1)

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि, क्योंकि कई सामग्री (विशेष रूप से जैविक ऊतक) वास्तव में विस्कोस्टिक हैं, वास्तव में, (गतिशील या जटिल) मापांक में लोचदार (भंडारण, चरण में) और चिपचिपा (हानि, चरण से बाहर) घटक दोनों होते हैं। वास्तविक व्यवहार में, नैनोइंडेंटेशन प्रयोग में जो मापा जाता है वह कम मापांक, ई * है, जो ब्याज के सही नमूना मापांक से संबंधित है, ई, जैसा कि समीकरण (2) में दिखाया गया है:

(2)

जहां ई_टिप और त्रिकोण क्रमशः नैनोइंडेंट टिप के लोचदार मापांक और पॉइसन अनुपात हैं, और नमूने का अनुमानित पॉइसन अनुपात है। पॉइसन का अनुपात अनुप्रस्थ से अक्षीय तनाव का नकारात्मक अनुपात है, और इसलिए अक्षीय तनाव (जैसे, नैनोइंडेंटेशन लोडिंग के दौरान) के अधीन होने पर एक नमूने के अनुप्रस्थ बढ़ाव की डिग्री को इंगित करता है, जैसा कि समीकरण (3) में दिखाया गया है:

(3)

कम से वास्तविक मापांक में रूपांतरण आवश्यक है क्योंकि ए) इंडेंटर टिप द्वारा प्रदान किए गए कुछ अक्षीय तनाव को अनुप्रस्थ तनाव में परिवर्तित किया जा सकता है (यानी, नमूना लोडिंग की दिशा के लंबवत विस्तार या संकुचन के माध्यम से विकृत हो सकता है), और बी) इंडेंटर टिप असीम रूप से कठिन नहीं है, और इस प्रकार नमूना को इंडेंट करने के कार्य के परिणामस्वरूप नोक की कुछ (छोटी) मात्रा में विरूपण होता है। ध्यान दें कि ऐसे मामले में जहां ई टिप >> ई (यानी, इंडेंटर _टिप नमूने की तुलना में बहुत कठिन है, जो अक्सर हीरे की जांच का उपयोग करते समय सच होता है), कम और वास्तविक नमूना मापांक के बीच संबंध ई ≈ ई * (1 - वी²) के लिए बहुत सरल हो जाता है। जबकि यंत्रीकृत नैनोइंडेंटेशन सटीक बल लक्षण वर्णन और गतिशील सीमा के मामले में बेहतर है, एएफएम कैंटिलीवर-आधारित नैनोइंडेंटेशन तेज है, परिमाण अधिक बल और विस्थापन संवेदनशीलता के आदेश प्रदान करता है, उच्च रिज़ॉल्यूशन इमेजिंग और बेहतर इंडेंटेशन लोकेटिंग को सक्षम बनाता है, और एक साथ नैनोस्केल चुंबकीय और^{विद्युत गुणों की} जांच कर सकता है।. विशेष रूप से, एएफएम कैंटिलीवर-आधारित नैनोइंडेंटेशन नरम सामग्री (जैसे, पॉलिमर, जैल, लिपिड बाइलेयर, और कोशिकाओं या अन्य जैविक सामग्री), बेहद पतली (उप-म) फिल्मों (जहां सब्सट्रेट प्रभाव इंडेंटेशन गहराई के आधार पर खेल में आ सकते हैं) ^10,11, और निलंबित दो-आयामी (2 डी) सामग्री^12,13,14 जैसे ग्राफीन पर यांत्रिक गुणों की मात्रा का ठहराव करने के लिए बेहतर है।^15,16, अभ्रक 17, हेक्सागोनल बोरान नाइट्राइड (एच-बीएन)18, या संक्रमण धातु डाइचल्कोजेनाइड्स (टीएमडीसी; जैसे, एमओएस₂)¹⁹। यह इसके उत्तम बल (उप-एनएन) और विस्थापन (उप-एनएम) संवेदनशीलता के कारण है, जो संपर्क के प्रारंभिक बिंदु को सटीक रूप से निर्धारित करने और लोचदार विरूपण क्षेत्र के भीतर रहने के लिए महत्वपूर्ण है।

एएफएम कैंटिलीवर-आधारित नैनोइंडेंटेशन में, नमूना सतह की ओर एएफएम जांच का विस्थापन एक कैलिब्रेटेड पीजोइलेक्ट्रिक तत्व (चित्रा 1 बी) द्वारा किया जाता है, जिसमें लचीला कैंटिलीवर अंततः नमूना सतह के संपर्क में आने पर अनुभव किए गए प्रतिरोधक बल के कारण झुक जाता है। कैंटिलीवर के इस झुकाव या विक्षेपण की निगरानी आमतौर पर कैंटिलीवर के पीछे से एक लेजर को प्रतिबिंबित करके और एक फोटोडिटेक्टर (स्थिति संवेदनशील डिटेक्टर [पीएसडी]) में की जाती है। कैंटिलीवर कठोरता (nN/nm में) और विक्षेपण संवेदनशीलता (nm/V में) के ज्ञान के साथ युग्मित, इस मापा कैंटिलीवर विक्षेपण (V में) को नमूने पर लागू बल (nN में) में परिवर्तित करना संभव है। संपर्क के बाद, जेड-पीज़ो आंदोलन और कैंटिलीवर विक्षेपण के बीच का अंतर नमूना इंडेंटेशन गहराई उत्पन्न करता है। टिप क्षेत्र फ़ंक्शन के ज्ञान के साथ संयुक्त, यह टिप-नमूना संपर्क क्षेत्र की गणना को सक्षम बनाता है। परिणामस्वरूप बल-दूरी या बल-विस्थापन (एफ-डी) वक्रों के इन-संपर्क भागों की ढलान को नमूने के नैनोमैकेनिकल गुणों को निर्धारित करने के लिए एक उपयुक्त संपर्क यांत्रिकी मॉडल (चर्चा का डेटा विश्लेषण अनुभाग देखें) का उपयोग करके फिट किया जा सकता है। जबकि एएफएम कैंटिलीवर-आधारित नैनोइंडेंटेशन में ऊपर वर्णित यंत्रीकृत नैनोइंडेंटेशन पर कुछ अलग फायदे हैं, यह कई व्यावहारिक कार्यान्वयन चुनौतियों को भी प्रस्तुत करता है, जैसे अंशांकन, टिप वियर और डेटा विश्लेषण, जिन पर यहां चर्चा की जाएगी। एएफएम कैंटिलीवर-आधारित नैनोइंडेंटेशन का एक और संभावित नकारात्मक पक्ष रैखिक लोच की धारणा है, क्योंकि संपर्क त्रिज्या और इंडेंटेशन गहराई को इंडेंटर त्रिज्या की तुलना में बहुत छोटा होना चाहिए, जो नैनोस्केल एएफएम जांच और / या महत्वपूर्ण सतह खुरदरापन प्रदर्शित करने वाले नमूनों के साथ काम करते समय प्राप्त करना मुश्किल हो सकता है।

परंपरागत रूप से, नैनोइंडेंटेशन को अलग-अलग स्थानों या छोटे ग्रिड इंडेंटेशन प्रयोगों तक सीमित किया गया है, जिसमें एक वांछित स्थान (यानी, रुचि का क्षेत्र [आरओआई]) का चयन किया जाता है और एक एकल नियंत्रित इंडेंट, एक ही स्थान में कई इंडेंट कुछ प्रतीक्षा समय से अलग हो जाते हैं, और / या इंडेंट का एक मोटा ग्रिड हर्ट्ज के आदेश पर एक दर पर किया जाता है। हालांकि, एएफएम में हालिया प्रगति उच्च गति बल वक्र-आधारित इमेजिंग मोड (सिस्टम निर्माता के आधार पर विभिन्न ट्रेडनामों द्वारा संदर्भित) के उपयोग के माध्यम से यांत्रिक गुणों और स्थलाकृति के एक साथ अधिग्रहण की अनुमति देती है, जिसमें बल वक्रलोड नियंत्रण के तहत एक kHz दर पर आयोजित किए जाते हैं, जिसमें अधिकतम टिप-नमूना बल इमेजिंग सेटपॉइंट के रूप में उपयोग किया जाता है। पॉइंट-एंड-शूट विधियों को भी विकसित किया गया है, जिससे एएफएम स्थलाकृति छवि के अधिग्रहण की अनुमति मिलती है, जिसके बाद छवि के भीतर रुचि के बिंदुओं पर बाद में चयनात्मक नैनोइंडेंटेशन होता है, जो नैनोइंडेंटेशन स्थान पर नैनोस्केल स्थानिक नियंत्रण प्रदान करता है। हालांकि इस काम का प्राथमिक फोकस नहीं है, बल वक्र-आधारित इमेजिंग और पॉइंट-एंड-शूट कैंटिलीवर-आधारित नैनोइंडेंटेशन दोनों के विशिष्ट चयनित अनुप्रयोग उदाहरण प्रतिनिधि परिणामों में प्रस्तुत किए जाते हैं, और यदि विशेष एएफएम प्लेटफॉर्म पर उपलब्ध हो तो नीचे उल्लिखित प्रोटोकॉल के साथ संयोजन के रूप में उपयोग किया जा सकता है। विशेष रूप से, यह काम किसी भी सक्षम एएफएम सिस्टम पर एएफएम कैंटिलीवर-आधारित नैनोइंडेंटेशन के व्यावहारिक कार्यान्वयन के लिए एक सामान्यीकृत प्रोटोकॉल की रूपरेखा तैयार करता है और तकनीक के चार उपयोग मामले उदाहरण (हवा में दो, तरल पदार्थ में दो) प्रदान करता है, जिसमें प्रतिनिधि परिणाम और तकनीक को सफलतापूर्वक नियोजित करने के लिए बारीकियों, चुनौतियों और महत्वपूर्ण विचारों की गहन चर्चा शामिल है।

Protocol

नोट: व्यावसायिक रूप से उपलब्ध एएफएम की विस्तृत विविधता और कैंटिलीवर-आधारित नैनोइंडेंटेशन के लिए मौजूद नमूना प्रकारों और अनुप्रयोगों की विविधता के कारण, इसके बाद आने वाले प्रोटोकॉल को जानबूझकर प्रकृति में अपेक्षाकृत सामान्य होने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जो उपकरण या निर्माता की परवाह किए बिना सभी कैंटिलीवर-आधारित नैनोइंडेंटेशन प्रयोगों के लिए आवश्यक साझा चरणों पर ध्यान केंद्रित करता है। इस वजह से, लेखकों का मानना है कि पाठक के पास कैंटिलीवर-आधारित नैनोइंडेंटेशन करने के लिए चुने गए विशिष्ट उपकरण के संचालन के साथ कम से कम बुनियादी परिचितता है। हालांकि, नीचे उल्लिखित सामान्य प्रोटोकॉल के अलावा, एएफएम और यहां उपयोग किए जाने वाले सॉफ़्टवेयर के लिए विशिष्ट एक विस्तृत चरण-दर-चरण मानक संचालन प्रक्रिया (एसओपी) (सामग्री की तालिका देखें), तरल पदार्थ में नमूनों के कैंटिलीवर-आधारित नैनोइंडेंटेशन पर केंद्रित है, को पूरक सामग्री के रूप में शामिल किया गया है।

1. नमूना तैयारी और उपकरण सेटअप

1. नमूना को इस तरह से तैयार करें जो सतह खुरदरापन (आदर्श रूप से नैनोमीटर-स्केल, इच्छित इंडेंटेशन गहराई से ~ 10x कम) और संदूषण दोनों को कम करता है।
2. माध्यम (यानी, हवा या तरल पदार्थ), अपेक्षित मापांक, नमूना स्थलाकृति और प्रासंगिक सुविधा आकारों के आधार पर इच्छित नमूने के नैनोइंडेंटेशन के लिए एक उपयुक्त एएफएम जांच का चयन करें (चर्चा में जांच चयन विचार देखें)। जांच धारक पर जांच लोड करें ( सामग्री की तालिका देखें) और जांच धारक को एएफएम स्कैन हेड से संलग्न करें।
3. एएफएम सॉफ्टवेयर में एक उपयुक्त नैनोइंडेंटेशन मोड का चयन करें जो व्यक्तिगत रैंप (यानी, बल-विस्थापन वक्र) के उपयोगकर्ता नियंत्रण को वहन करता है।
   नोट: विशिष्ट मोड विभिन्न एएफएम निर्माताओं और व्यक्तिगत उपकरणों में भिन्न होगा (अधिक विवरण और एक विशिष्ट उदाहरण के लिए पूरक सामग्री में प्रदान की गई एसओपी देखें)।
4. लेजर को प्रोब कैंटिलीवर के पीछे, जांच टिप के स्थान के विपरीत और पीएसडी में संरेखित करें।
   नोट: लेजर को संरेखित करते समय और तरल पदार्थ में नैनोइंडेंटेशन का संचालन करते समय महत्वपूर्ण विचारों के बारे में अधिक जानकारी के लिए मेसेनकाइमल स्टेम सेल एप्लिकेशन उदाहरण देखें, विशेष रूप से, फ्लोटिंग मलबे और / या हवा के बुलबुले से बचना, जो बीम को बिखेर या अपवर्तित कर सकते हैं। एएफएम ऑप्टिक्स को तरल पदार्थ के अपवर्तन के सूचकांक की भरपाई करने और सतह को संलग्न करते समय जांच को दुर्घटनाग्रस्त करने से बचने के लिए समायोजित करने की भी आवश्यकता हो सकती है।
   1. योग वोल्टेज को अधिकतम करके कैंटिलीवर के पीछे लेजर बीम स्पॉट को केंद्र में रखें (चित्रा 2 ए)।
   2. एक्स और वाई (यानी, क्षैतिज और ऊर्ध्वाधर) विक्षेपण संकेतों को यथासंभव शून्य के करीब समायोजित करके पीएसडी पर परावर्तित लेजर बीम स्पॉट को केंद्र में रखें (चित्रा 2 ए), जिससे कैंटिलीवर विक्षेपण के आनुपातिक आउटपुट वोल्टेज के उत्पादन के लिए अधिकतम पता लगाने योग्य विक्षेपण सीमा प्रदान की जा सके।
5. यदि नमूना स्थलाकृति, सतह खुरदरापन, और / या सतह घनत्व (गुच्छे या कणों के मामले में) के बारे में अनिश्चित हैं, तो नमूना उपयुक्तता की पुष्टि करने के लिए किसी भी नैनोइंडेंटेशन प्रयोगों से पहले एएफएम स्थलाकृति सर्वेक्षण स्कैन करें, जैसा कि चरण 1.1 और चर्चा के नमूना तैयारी भाग में वर्णित है।

चित्रा 2: स्थिति-संवेदनशील डिटेक्टर मॉनिटर। (ए) पीएसडी डिस्प्ले नमूना सतह पर संलग्न होने से पहले जांच कैंटिलीवर के पीछे और पीएसडी के केंद्र पर एक उचित रूप से संरेखित लेजर को दर्शाता है (जैसा कि बड़े योग वोल्टेज और ऊर्ध्वाधर या क्षैतिज विक्षेपण की कमी से स्पष्ट है) (यानी, नमूने के संपर्क से बाहर जांच)। (बी) ऊर्ध्वाधर विक्षेपण वोल्टेज बढ़ जाता है जब कैंटिलीवर विक्षेपित होता है (उदाहरण के लिए, जब जांच नमूने के साथ संपर्क करती है)। संक्षेप: पीएसडी = स्थिति-संवेदनशील डिटेक्टर; वर्ट = ऊर्ध्वाधर; HORIZ = क्षैतिज; एएमपीएल = आयाम; n/a = लागू नहीं। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

2. जांच अंशांकन

नोट: कैंटिलीवर-आधारित नैनोइंडेंटेशन के दौरान एकत्र किए गए एफ-डी वक्र डेटा का उपयोग करके एक नमूने के यांत्रिक गुणों को निर्धारित करने के लिए तीन मान आवश्यक हैं: कैंटिलीवर / पीएसडी सिस्टम (एनएम / वी या वी / एनएम) की विक्षेपण संवेदनशीलता (डीएस), कैंटिलीवर स्प्रिंग स्थिरांक (एन / एनएम), और जांच संपर्क क्षेत्र, जो अक्सर एक गोलाकार जांच के मामले में जांच त्रिज्या से कम दिए गए इंडेंटेशन गहराई पर प्रभावी जांच टिप त्रिज्या (एनएम) के संदर्भ में व्यक्त किया जाता है। नोक।

1. एएफएम प्रणाली के डीएस को एक अत्यंत कठोर सामग्री (जैसे, नीलम, ई = 345 जीपीए) पर रैंप करके कैलिब्रेट करें ताकि नमूने के विरूपण को कम किया जा सके और इस प्रकार टिप-नमूना संपर्क की शुरुआत के बाद पीजो के मापा जेड आंदोलन को पूरी तरह से कैंटिलीवर विक्षेपण में परिवर्तित किया जा सके।
   नोट: प्रयोगों के दौरान सिस्टम के डीएस को सटीक रूप से प्रतिबिंबित करने के लिए डीएस अंशांकन नियोजित नैनोइंडेंटेशन प्रयोगों (यानी, तापमान, माध्यम, आदि) के समान परिस्थितियों में किया जाना चाहिए। थर्मल संतुलन तक पहुंचने और स्थिर लेजर आउटपुट पावर और पॉइंटिंग स्थिरता स्थापित करने के लिए अधिकतम सटीकता के लिए एक लंबी (30 मिनट) लेजर वार्मअप अवधि आवश्यक हो सकती है। डीएस को हर बार लेजर को फिर से संरेखित किया जाना चाहिए, भले ही एक ही जांच का उपयोग किया जाए, क्योंकि डीएस कैंटिलीवर पर लेजर तीव्रता और स्थिति पर निर्भर करता है, साथ ही जांच से प्रतिबिंब की गुणवत्ता (यानी, जांच के बैकसाइड कोटिंग का क्षरण डीएस को प्रभावित करेगा) और पीएसडी²⁰ की संवेदनशीलता।
   1. नीलम पर डीएस अंशांकन इंडेंट स्थापित करें और निष्पादित करें ताकि नियोजित नमूना इंडेंट के रूप में लगभग समान जांच विक्षेपण (वी या एनएम में) प्राप्त किया जा सके, क्योंकि मापा विस्थापन टिप विक्षेपण कोण का एक कार्य है और बड़े विक्षेपण के लिए गैर-रेखीय हो जाता है।
   2. परिणामी एफ-डी वक्र में प्रारंभिक संपर्क बिंदु के बाद इन-कॉन्टैक्ट शासन के रैखिक भाग के ढलान से डीएस (एनएम / वी में), या वैकल्पिक रूप से, व्युत्क्रम ऑप्टिकल लीवर संवेदनशीलता (वी / एनएम में) निर्धारित करें, जैसा कि चित्रा 3 ए में दिखाया गया है।
   3. प्रत्येक डीएस मान को रिकॉर्ड करते हुए रैंप को कम से कम 5x दोहराएं। अधिकतम सटीकता के लिए मानों के औसत का उपयोग करें। यदि माप का सापेक्ष मानक विचलन (आरएसडी) ~ 1% से अधिक है, तो डीएस को फिर से मापें, क्योंकि कभी-कभी चिपकने वाले बलों के प्रारंभिक परिचय के कारण पहले कुछ एफ-डी वक्र आदर्श नहीं होते हैं।
   4. यदि प्रोब कैंटिलीवर का स्प्रिंग कॉन्स्टेंट, के, फैक्ट्री-कैलिब्रेटेड नहीं है (उदाहरण के लिए, लेजर डॉप्लर वाइब्रोमेट्री [एलडीवी] के माध्यम से), स्प्रिंग स्थिरांक को कैलिब्रेट करें।
      नोट: थर्मल ट्यून विधि k < 10 N / m के साथ अपेक्षाकृत नरम कैंटिलीवर के लिए इष्टतम है (वैकल्पिक तरीकों की सूची और विवरण के लिए चर्चा का वसंत निरंतर खंड देखें, विशेष रूप से k > 10 N / m के साथ कठोर कैंटिलीवर के लिए)। जैसा कि चित्रा 3 बी, सी में दिखाया गया है, थर्मल ट्यूनिंग आमतौर पर एएफएम नियंत्रण सॉफ्टवेयर में एकीकृत होती है।
2. यदि जांच एक फैक्ट्री-कैलिब्रेटेड टिप त्रिज्या माप (उदाहरण के लिए, स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप [एसईएम] इमेजिंग के माध्यम से ) के साथ नहीं आती है, तो प्रभावी टिप त्रिज्या, आर को मापें।
   नोट: टिप त्रिज्या को मापने के लिए दो सामान्य तरीके हैं (संबंधित चर्चा अनुभाग देखें), लेकिन नैनोमीटर-स्केल जांच युक्तियों के लिए सबसे आम ब्लाइंड टिप पुनर्निर्माण (बीटीआर) विधि है, जो एक खुरदरापन मानक (सामग्री की तालिका देखें) का उपयोग करता है जिसमें कई बेहद तेज (उप-एनएम) विशेषताएं होती हैं जो नमूने की टिप इमेजिंग के बजाय टिप को प्रभावी ढंग से चित्रित करने का काम करती हैं।
   1. यदि बीटीआर विधि को नियोजित किया जाता है, तो धीमी स्कैन दर (<0.5 हर्ट्ज) और उच्च प्रतिक्रिया लाभ का उपयोग करके खुरदरापन (टिप लक्षण वर्णन) नमूने की छवि बनाएं ताकि बहुत तेज विशेषताओं की ट्रैकिंग को अनुकूलित करने में मदद मिल सके। अपेक्षित टिप त्रिज्या के आधार पर एक छवि आकार और पिक्सेल घनत्व (रिज़ॉल्यूशन) चुनें (उदाहरण के लिए, 3 μm x 3 μm क्षेत्र की 1024 x 1024 पिक्सेल छवि में ~ 3 nm पार्श्व रिज़ॉल्यूशन होगा)।
   2. जांच टिप को मॉडल करने और अपेक्षित नमूना इंडेंटेशन गहराई पर इसकी अंतिम त्रिज्या और प्रभावी टिप व्यास का अनुमान लगाने के लिए एएफएम छवि विश्लेषण सॉफ्टवेयर (सामग्री की तालिका देखें) का उपयोग करें, जैसा कि चित्रा 3 डी-एफ में दिखाया गया है।
3. जांच अंशांकन पूरा करने पर, उपकरण सॉफ्टवेयर में डीएस, के और आर मान दर्ज करें, जैसा कि चित्रा 4 ए में दिखाया गया है।
   1. मापा कम मापांक को वास्तविक नमूना मापांक⁹ में परिवर्तित करने में सक्षम करने के लिए नमूने के पॉइसन अनुपात का अनुमान दर्ज करें। यदि टिप आकार और इंडेंटेशन गहराई के आधार पर शंक्वाकार या शंक्वाकार संपर्क यांत्रिकी मॉडल को नियोजित किया जाता है, तो टिप हाफ एंगल (चित्रा 4 सी) दर्ज करना भी आवश्यक है।
      नोट: मापांक अनुमानित पॉइसन अनुपात में छोटी त्रुटियों या अनिश्चितताओं के प्रति अपेक्षाकृत असंवेदनशील है। कई^{सामग्रियों के} लिए एक अच्छा प्रारंभिक बिंदु = 0.2-0.3 का अनुमान है।

चित्र 3: जांच अंशांकन। (ए) विक्षेपण संवेदनशीलता निर्धारण। एक प्रतिबिंबित बैकसाइड एल्यूमीनियम कोटिंग के साथ एक मानक टैपिंग मोड जांच (नाममात्र k = 42 N / m; सामग्री की तालिका देखें) के लिए नीलम सब्सट्रेट (E = 345 GPa) पर किए गए प्रतिनिधि विक्षेपण संवेदनशीलता माप का परिणाम। मापा दृष्टिकोण (ब्लू ट्रेस) दिखाया गया है और पीछे हटना या वापस लेना (लाल ट्रेस) वक्र हैं। 59.16 एनएम/वी की मापी गई विक्षेपण संवेदनशीलता को स्नैप-टू-कॉन्टैक्ट और टर्न-अराउंड पॉइंट्स के बीच एप्रोच वक्र फिट करके निर्धारित किया गया था, जैसा कि ऊर्ध्वाधर बिंदीदार लाल रेखाओं के बीच के क्षेत्र द्वारा दर्शाया गया है। सतह को खींचने से पहले पीछे हटने /वापस लेने के वक्र में स्पष्ट नकारात्मक-चलने वाले विक्षेपण का क्षेत्र टिप-नमूना आसंजन का संकेत है। (बी, सी) थर्मल ट्यूनिंग। प्रतिनिधि कैंटिलीवर थर्मल शोर स्पेक्ट्रा (नीले निशान) दो अलग-अलग जांचों के लिए संबंधित फिट (लाल निशान) के साथ। (बी) थर्मल ट्यून सेटअप और मानक बल वक्र-आधारित एएफएम इमेजिंग जांच (सामग्री की तालिका देखें) के लिए पैरामीटर इसके नाममात्र स्प्रिंग स्थिरांक k = 0.4 N / m के साथ प्रारंभिक अनुमान के रूप में उपयोग किया जाता है। कैंटिलीवर थर्मल शोर स्पेक्ट्रम का फिट एफ 0 = 79.8 किलोहर्ट्ज की मौलिक अनुनाद आवृत्ति उत्पन्न करता है, जो एफ₀ = 70 किलोहर्ट्ज के नाममात्र मूल्य के साथ यथोचित अच्छे समझौते में है। मापा गया Q गुणांक 58.1 है। फिट की अच्छाई (आर² = 0.99) दो ऊर्ध्वाधर डैश ्ड लाल लाइनों के बीच डेटा के साथ फिट के समझौते पर आधारित है। ध्यान दें कि सटीक परिणामों के लिए परिवेश के तापमान और विक्षेपण संवेदनशीलता दोनों को जानना और दर्ज करना महत्वपूर्ण है। (सी) कैंटिलीवर थर्मल शोर स्पेक्ट्रम और संबंधित फिट (यानी, थर्मल ट्यून) के साथ परिणामी गणना किए गए स्प्रिंग स्थिरांक k = 0.105 N/m के लिए एक अत्यंत नरम कैंटिलीवर के लिए जो जीवित कोशिकाओं और पृथक नाभिक पर नैनोमैकेनिकल माप करने के लिए उपयोग किया जाता है। ~ 2-3 kHz की काफी कम प्राकृतिक अनुनाद आवृत्ति पर ध्यान दें। (D-F) अंधा टिप पुनर्निर्माण। डायमंड टिप जांच के लिए प्रतिनिधि ब्लाइंड टिप पुनर्निर्माण वर्कफ़्लो (नाममात्र आर = 40 एनएम; सामग्री की तालिका देखें)। (डी) एक टिप लक्षण वर्णन नमूने की 5 μm x 5 μm छवि जिसमें अत्यंत तेज (उप-एनएम) टाइटेनियम स्पाइक्स की एक श्रृंखला शामिल है जो एएफएम जांच टिप को चित्रित करने के लिए काम करती है। (ई) जांच टिप का परिणामी पुनर्निर्मित मॉडल (उल्टा ऊंचाई छवि)। (एफ) ब्लाइंड टिप पुनर्निर्माण फिटिंग परिणाम, जिसमें आर = 29 एनएम की अनुमानित अंतिम त्रिज्या और 40 एनएम का प्रभावी टिप व्यास शामिल है, जो उपयोगकर्ता द्वारा टिप एपेक्स से 8 एनएम (यानी, इंडेंटेशन गहराई << आर) की चयनित ऊंचाई पर गणना की जाती है, जिसकी गणना उस ऊंचाई पर टिप-नमूना संपर्क क्षेत्र को एक गोलाकार प्रोफ़ाइल (यानी, गोलाकार संपर्क यांत्रिकी मॉडल के साथ उपयोग के लिए A = qr 2 = π(d/2)²) संक्षेप: एएफएम = परमाणु बल माइक्रोस्कोपी; ईटीडी = प्रभावी टिप व्यास। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

चित्रा 4: सॉफ्टवेयर इंटरफ़ेस इनपुट। (ए) जांच अंशांकन स्थिरांक। मात्रात्मक नैनोमैकेनिकल माप को सक्षम करने के लिए मापा विक्षेपण संवेदनशीलता, स्प्रिंग स्थिरांक और टिप त्रिज्या दर्ज करने के लिए सॉफ्टवेयर उपयोगकर्ता इंटरफ़ेस ( सामग्री की तालिका देखें)। कैंटिलीवर-आधारित नैनोइंडेंटेशन बल वक्रों से नमूने के लोचदार या यंग के मापांक की गणना के लिए जांच और नमूना दोनों का पॉइसन अनुपात आवश्यक है। (बी) रैंप नियंत्रण विंडो। कैंटिलीवर-आधारित नैनोइंडेंटेशन प्रयोगों को स्थापित करने के लिए सॉफ्टवेयर यूजर इंटरफेस ( सामग्री की तालिका देखें), रैंप का वर्णन करने वाले मापदंडों में व्यवस्थित (यानी, इंडेंटेशन प्रोफाइल), उपकरण ट्रिगरिंग (जैसे, बल बनाम विस्थापन नियंत्रण), बाद में बल विश्लेषण, और आंदोलन सीमाएं (जेड-पीजो को नियंत्रित करने और पीएसडी विक्षेपण को पढ़ने में ए / डी कनवर्टर को संचालित करने की सीमा को कम करके माप संवेदनशीलता में सुधार करने के लिए)। (सी) टिप हाफ एंगल (जांच ज्यामिति या प्रत्यक्ष माप के आधार पर) महत्वपूर्ण है यदि शंक्वाकार, पिरामिड, या शंकुधारी संपर्क यांत्रिकी मॉडल (जैसे, स्नेडन) नियोजित है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

3. बल-विस्थापन (एफ-डी) डेटा एकत्र करें

नोट: यहां प्रस्तुत पैरामीटर मान ( चित्रा 4 बी देखें) किसी दिए गए नमूने के लिए बल और इंडेंटेशन रेंज के आधार पर भिन्न हो सकते हैं।

1. एएफएम हेड के तहत नमूने को नेविगेट करें और रुचि के वांछित क्षेत्र पर संलग्न हों।
   1. ऊर्ध्वाधर विक्षेपण संकेत (चित्रा 2 बी) की निगरानी करें या यह सत्यापित करने के लिए एक छोटा (~ 50-200 एनएम) प्रारंभिक रैंप (चित्रा 4 बी) करें कि टिप और नमूना संपर्क में हैं ( चित्रा 5 ए देखें)।
   2. एएफएम हेड की स्थिति को थोड़ा ऊपर की ओर समायोजित करें (पूर्ण रैंप आकार के ~ 50% के अनुरूप चरणों में) और फिर से रैंप। तब तक दोहराएं जब तक कि टिप और नमूना संपर्क से बाहर न हो जाएं, जैसा कि लगभग सपाट रैंप (चित्रा 5 बी) और कैंटिलीवर के न्यूनतम ऊर्ध्वाधर विक्षेपण (चित्रा 2 ए) द्वारा स्पष्ट है।
   3. एक बार जब कोई स्पष्ट टिप-नमूना इंटरैक्शन मौजूद नहीं होता है (चित्रा 2 ए और चित्रा 2 बी की तुलना करें), एएफएम हेड को रैंप आकार के ~ 50% -100% के अनुरूप राशि से कम करें ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि एएफएम हेड को मैन्युअल रूप से स्थानांतरित करते समय जांच टिप नमूने में दुर्घटनाग्रस्त नहीं होगी। रैंप को फिर से तब तक दोहराएं जब तक कि या तो एक अच्छा वक्र (चित्रा 5 डी) या चित्रा 5 सी के समान वक्र न देखा जाए। बाद के मामले में, अच्छा संपर्क प्राप्त करने के लिए रैंप आकार के ~ 20% -50% के बराबर एक अतिरिक्त छोटा एएफएम हेड-लोइंग समायोजन करें और चित्रा 5 डी में दिखाए गए बल वक्र के समान हो।
2. रैंप पैरामीटर समायोजित करें (जैसा कि नीचे वर्णित है और इसमें दिखाया गया है) चित्र 4B) उपकरण, जांच और नमूने के लिए अनुकूलित करने के लिए, और इसमें दिखाए गए रैंप के समान रैंप प्राप्त करने के लिए चित्र 5D.
   1. नमूना (जैसे, मोटाई, अपेक्षित मापांक, सतह खुरदरापन) और वांछित इंडेंटेशन गहराई के आधार पर एक उपयुक्त रैंप आकार (यानी, एक रैंप चक्र के माध्यम से कुल जेड-पीजो आंदोलन) का चयन करें।
      नोट: कठोर नमूनों के लिए, कम नमूना विरूपण (और इसलिए किसी दिए गए जेड-पीजो आंदोलन के लिए अधिक जांच विक्षेपण) होने की संभावना है, इसलिए रैंप का आकार आम तौर पर नरम नमूनों की तुलना में छोटा हो सकता है। कठोर नमूने और कैंटिलीवर के लिए विशिष्ट रैंप आकार दसियों एनएम हो सकता है, जबकि नरम नमूने और कैंटिलीवर रैंप के लिए आकार में सैकड़ों एनएम से कुछ μm हो सकते हैं; विशिष्ट चयनित अनुप्रयोग उदाहरण प्रतिनिधि परिणाम अनुभाग में प्रस्तुत किए जाते हैं। ध्यान दें कि न्यूनतम और अधिकतम संभव रैंप आकार उपकरण-निर्भर हैं।
   2. एक उपयुक्त रैंप दर का चयन करें (1 हर्ट्ज अधिकांश नमूनों के लिए एक अच्छा प्रारंभिक बिंदु है)।
      नोट: रैंप दर नियंत्रण और / या पहचान इलेक्ट्रॉनिक गति / बैंडविड्थ द्वारा सीमित हो सकती है। रैंप आकार के साथ संयोजन में, रैंप दर टिप वेग निर्धारित करती है। नरम सामग्री की पहचान करते समय टिप वेग पर विचार करना विशेष रूप से महत्वपूर्ण है जहां विस्कोस्टिक प्रभाव हिस्टैरिसीस कलाकृतियों का कारण बन सकता है ^9,22.
   3. चुनें कि ट्रिगर (लोड-नियंत्रित) या अनट्रिगर्ड (विस्थापन-नियंत्रित) रैंप को नियोजित करना है या नहीं।
      नोट: ट्रिगर रैंप में, सिस्टम उपयोगकर्ता-परिभाषित चरणों (रैंप आकार और रिज़ॉल्यूशन या डेटा बिंदुओं की संख्या के आधार पर) में नमूने से संपर्क करेगा जब तक कि वांछित ट्रिगर थ्रेशोल्ड (यानी, सेटपॉइंट बल या कैंटिलीवर विक्षेपण) का पता नहीं लगाया जाता है, जिस बिंदु पर सिस्टम अपनी मूल स्थिति में वापस आ जाएगा और एफ-डी वक्र प्रदर्शित करेगा। एक अनट्रिगर्ड रैंप में, सिस्टम बस जेड-पीज़ो को उपयोगकर्ता द्वारा परिभाषित रैंप आकार द्वारा निर्दिष्ट दूरी तक बढ़ाता है और मापा एफ-डी वक्र प्रदर्शित करता है। ट्रिगर किए गए रैंप को अधिकांश उपयोग के मामलों के लिए पसंद किया जाता है, लेकिन नरम सामग्रियों की जांच करते समय अनट्रिगर रैंप उपयोगी हो सकते हैं जो तेज, आसानी से पहचाने जाने योग्य संपर्क बिंदु प्रदर्शित नहीं करते हैं।
      1. यदि ट्रिगर रैंप चुना जाता है, तो नमूने में वांछित इंडेंटेशन के परिणामस्वरूप ट्रिगर थ्रेशोल्ड (उपयोगकर्ता-परिभाषित अधिकतम अनुमत बल या रैंप का विक्षेपण) सेट करें।
         नोट: ट्रिगर थ्रेशोल्ड के उपयोग का मतलब है कि निर्दिष्ट पूर्ण रैंप आकार (जेड-पीज़ो एक्सटेंशन) तक पहुंचने से पहले एक रैंप समाप्त हो सकता है (यानी, जांच वापस लेना शुरू हो सकती है)। टिप-नमूना प्रणाली के आधार पर मान कुछ nN से लेकर कुछ μN तक हो सकते हैं।
      2. जेड-पीज़ो की अधिकतम सीमा के हिस्से को निर्धारित करने के लिए रैंप की स्थिति सेट करें जिसका उपयोग रैंप को निष्पादित करने के लिए किया जाएगा। सुनिश्चित करें कि रैंप आकार की कुल सीमा अधिकतम जेड-पीज़ो रेंज के बाहर शुरू या समाप्त नहीं होती है ( चित्रा 6 में प्रतिनिधि उदाहरण देखें), अन्यथा एफ-डी वक्र का एक हिस्सा किसी भी भौतिक माप का प्रतिनिधित्व नहीं करेगा (यानी, जेड-पीज़ो पूरी तरह से विस्तारित या पीछे हट जाएगा, हिल नहीं रहा है)।
   4. माप के वांछित संकल्प (यानी, एफ-डी वक्र का बिंदु घनत्व) प्राप्त करने के लिए नमूने / रैंप (जैसे, 512 नमूने / रैंप ) की संख्या निर्धारित करें।
      नोट: अधिकतम नमूने / रैंप सॉफ्टवेयर (फ़ाइल आकार) या हार्डवेयर बाधाओं (जैसे, रैंप दर के आधार पर डिजिटल [ए / डी] रूपांतरण गति के अनुरूप एनालॉग) द्वारा सीमित हो सकते हैं। सिस्टम के ए / डी कनवर्टर के प्रभावी रिज़ॉल्यूशन को बढ़ाने के लिए स्वीकार्य जेड-पीज़ो या विक्षेपण सीमा ( चित्रा 4 बी में सीमा पैरामीटर देखें) को सीमित करना भी संभव है।
   5. जेड-दिशा (कैंटिलीवर के लंबवत) में इंडेंटकरते हुए जांच को एक्स-दिशा (कैंटिलीवर के समानांतर) में थोड़ा सा स्थानांतरित करके नमूने और टिप पर कतरनी बलों को कम करने के लिए एक्स-रोटेट सेट करें। सतह सामान्य के सापेक्ष जांच धारक के ऑफसेट कोण के बराबर एक्स-रोटेट के लिए एक मान का उपयोग करें (12 ° विशिष्ट है)।
      नोट: एक्स-रोटेट आवश्यक है क्योंकि कैंटिलीवर को सतह के सापेक्ष एक छोटे कोण पर जांच धारक में लगाया जाता है ताकि घटना लेजर बीम को पीएसडी में प्रतिबिंबित किया जा सके। इसके अतिरिक्त, जांच टिप के सामने और पीछे के कोण एक दूसरे से भिन्न हो सकते हैं (यानी, जांच टिप विषम हो सकती है)। व्यक्तिगत जांच और एएफएम निर्माताओं से अधिक विशिष्ट जानकारी प्राप्त की जा सकती है।

चित्रा 5: अच्छे बल वक्र प्राप्त करने के लिए संलग्न होने के बाद टिप-नमूना पृथक्करण का अनुकूलन। एक जीवित मेसेनकाइमल स्टेम सेल नाभिक पर तरल पदार्थ (फॉस्फेट-बफर ्ड खारा) में इंडेंटिंग करते समय प्राप्त प्रतिनिधि बल-विस्थापन वक्रों के अनुक्रमिक उदाहरण एक कैलिब्रेटेड नरम सिलिकॉन नाइट्राइड कैंटिलीवर (नाममात्र k = 0.04 N/m) के साथ 5 μm त्रिज्या अर्धगोलाकार नोक में समाप्त होते हैं ( सामग्री की तालिका देखें)। सेल की सतह को संलग्न करने और इंडेंटेशन मापदंडों को अनुकूलित करने की प्रक्रिया में कर्व्स प्राप्त किए गए थे, जिसमें नीले रंग में जांच दृष्टिकोण दिखाया गया था और लाल रंग में वापस लिया गया था। (ए) रैंप शुरू करने से पहले टिप पहले से ही लगी हुई है और नमूने के संपर्क में है, जिससे बड़े कैंटिलीवर विक्षेपण और बल होते हैं, जिसमें कोई सपाट पूर्वसंपर्क आधार रेखा नहीं होती है। (बी) मैन्युअल रूप से नोक को नमूने से पर्याप्त रूप से दूर ले जाने के बाद, एक अनट्रिगर2 μm रैंप के परिणामस्वरूप एक एफ-डी वक्र होता है जो लगभग सपाट होता है (यानी, बल में लगभग कोई बदलाव नहीं)। परिवेश की स्थितियों में, वक्र चापलूसी होगी, लेकिन तरल पदार्थ में, माध्यम की चिपचिपाहट एक रैंप के दौरान प्रोब कैंटिलीवर के मामूली विक्षेपण का कारण बन सकती है जैसा कि यहां देखा गया है, यहां तक कि सतह संपर्क के बिना भी। (ग) रैंप शुरू करने से पहले सतह के थोड़ा करीब आने के बाद, रैंप के टर्नअराउंड पॉइंट के पास एप्रोच और रिवर्स कर्व्स में बल (बढ़ी हुई ढलान) में मामूली वृद्धि दिखाई देती है (यानी, दृष्टिकोण से पीछे हटने के लिए संक्रमण)। देखने के लिए संकेत यह है कि दृष्टिकोण (नीला) और वापसी (लाल) वक्र ओवरलैप (काले सर्कल द्वारा इंगित क्षेत्र) शुरू करते हैं, जो सतह के साथ शारीरिक संपर्क का संकेत है। (डी) रैंप मापदंडों के अनुकूलन के बाद प्राप्त एक आदर्श एफ-डी वक्र और सी की तुलना में सेल की सतह के थोड़ा (~ 1 μm) करीब आता है ताकि जांच सेल के संपर्क में लगभग आधा रैंप खर्च करे, जिससे दृष्टिकोण वक्र के संपर्क भाग को फिट करने और लोचदार मापांक निर्धारित करने के लिए पर्याप्त विरूपण सक्षम हो। अपेक्षाकृत लंबी, सपाट, कम शोर वाली आधार रेखा फिटिंग एल्गोरिदम के लिए संपर्क बिंदु निर्धारित करना आसान बनाती है। संक्षिप्त नाम: एफ-डी = बल-विस्थापन। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

चित्रा 6: रैंप आकार और स्थिति। जेड-पीज़ो मॉनिटर कुल उपलब्ध जेड-पीज़ो मूवमेंट रेंज (ग्रीन बार) के सापेक्ष रैंप (ब्लू बार) की सीमा को दर्शाता है। (ए) जेड-पीज़ो स्थिति इसकी गति की सीमा के मध्य के पास है, जैसा कि नीली पट्टी के लगभग हरे रंग की पट्टी के बीच में स्थित होने और वर्तमान जेड-पीज़ो वोल्टेज (-78.0 वी) के पूरी तरह से वापस लिए जाने (-212.2 वी) और विस्तारित (+102.2 वी) मूल्यों के बीच होने से संकेत मिलता है। (बी) जेड-पीज़ो को ए के सापेक्ष बढ़ाया जाता है, जिसमें कोई पूर्वाग्रह वोल्टेज लागू नहीं होता है। (C) Z-पीज़ो को A और B के सापेक्ष वापस ले लिया जाता है। (डी) जेड-पीज़ो की स्थिति -156.0 वी पर सी के समान है, लेकिन जेड-पीज़ो की गति की पूरी श्रृंखला का लाभ उठाने के लिए ए-सी के सापेक्ष रैंप आकार बढ़ाया गया है। € रैंप का आकार वर्तमान रैंप स्थिति के लिए बहुत बड़ा है, जिसके परिणामस्वरूप जेड-पीज़ो को इसकी सीमा के अंत तक बढ़ाया जा रहा है। यह एफ-डी वक्र को फ्लैटलाइन करने का कारण बनेगा क्योंकि सिस्टम जेड-पीज़ो को आगे नहीं बढ़ा सकता है। संक्षिप्त नाम: एफ-डी = बल-विस्थापन। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

4. एफ-डी वक्र विश्लेषण

1. एक उपयुक्त डेटा विश्लेषण सॉफ्टवेयर पैकेज चुनें। विश्लेषण किए जाने वाले डेटा का चयन करें और लोड करें।
   नोट: कई एएफएम निर्माताओं और एएफएम छवि प्रसंस्करण सॉफ्टवेयर कार्यक्रमों में एफ-डी वक्र विश्लेषण के लिए अंतर्निहित समर्थन है। वैकल्पिक रूप से, एक समर्पित एफ-डी वक्र विश्लेषण पैकेज की बढ़ी हुई लचीलापन और विशेषताएं, जैसे कि ओपन सोर्स एटॉमिकजे सॉफ्टवेयर पैकेज^{, विशेष रूप} से बड़े डेटासेट के बैच प्रोसेसिंग और सांख्यिकीय विश्लेषण या जटिल संपर्क यांत्रिकी मॉडल को लागू करने के लिए फायदेमंद हो सकता है।
2. स्प्रिंग कॉन्स्टेंट, डीएस और प्रोब टिप त्रिज्या के लिए इनपुट कैलिब्रेटेड मान, साथ ही जांच टिप के लिए यंग के मापांक और पॉइसन के अनुपात का अनुमान (इसकी सामग्री संरचना के आधार पर) और नमूने के पॉइसन अनुपात के साथ।
   नोट: यदि डायमंड टिप इंडेंटर का उपयोग कर रहे हैं, तो मान E टिप = 1140 GPa और ν _टिप = 0.07 का उपयोग^21,24,25,26 किया जा सकता है। एक मानक सिलिकॉन जांच के लिए, ई_टिप = 170 जीपीए और 3_टिप = 0.27 का उपयोग आमतौर पर किया जा सकता है, हालांकि सिलिकॉन का यंग का मापांक क्रिस्टलोग्राफिक अभिविन्यास²⁷ के आधार पर भिन्न होता है।
3. टिप और नमूने के लिए उपयुक्त एक नैनोइंडेंटेशन संपर्क यांत्रिकी मॉडल चुनें।
   नोट: कई सामान्य गोलाकार टिप मॉडल (जैसे, हर्ट्ज, मौगीस, डीएमटी, जेकेआर) के लिए, यह जरूरी है कि नमूने में इंडेंटेशन गहराई टिप त्रिज्या से कम हो; अन्यथा जांच टिप की गोलाकार ज्यामिति एक शंक्वाकार या पिरामिड आकार (चित्रा 4 सी) को रास्ता देती है। शंक्वाकार (जैसे, स्नेडन²⁸) और पिरामिड मॉडल के लिए, टिप आधा कोण (यानी, टिप की साइड दीवार और टिप एंड के लंबवत एक द्विविभाजन रेखा के बीच का कोण; चित्र 4C) ज्ञात होना चाहिए और आमतौर पर जांच निर्माता से उपलब्ध है। संपर्क यांत्रिकी मॉडल के बारे में अधिक जानकारी के लिए, कृपया TheedDistion का डेटा विश्लेषण अनुभाग देखें।
4. फिटिंग एल्गोरिथ्म चलाएँ। एफ-डी वक्रों की उचित फिटिंग की जांच करें; औसत आर 2 निकट एकता (जैसे, आर² > 0.9) के अनुरूप एक कम अवशिष्ट त्रुटि आमतौर पर चुने हुए मॉडल^29,30 के लिए एक अच्छा फिट का संकेत है। यदि वांछित हो तो वक्र, मॉडल फिट, और परिकलित संपर्क बिंदुओं का नेत्रहीन निरीक्षण करने के लिए अलग-अलग वक्रों की जांच करें (उदाहरण के लिए, चित्रा 7 और चर्चा का डेटा विश्लेषण अनुभाग देखें)।

Representative Results

बल-विस्थापन वक्र
चित्र 7 राल-एम्बेडेड लोब्लोली पाइन नमूनों (चित्रा 7 ए) और मेसेनकाइमल स्टेम सेल (एमएससी) नाभिक पर तरल पदार्थ (फॉस्फेट-बफर्ड सेलाइन [पीबीएस]) पर हवा में किए गए नैनोइंडेंटेशन प्रयोगों से प्राप्त प्रतिनिधि, निकट-आदर्श एफ-डी वक्रों को दर्शाता है (चित्रा 7 बी)। किसी भी संपर्क यांत्रिकी मॉडल का उपयोग प्रारंभिक टिप-नमूना संपर्क बिंदु के सटीक और विश्वसनीय निर्धारण पर निर्भर करता है। इस प्रकार, प्रारंभिक संपर्क बिंदु से पहले अपेक्षाकृत सपाट, कम शोर वाली आधार रेखा और चित्रा 7 में दिखाए गए एफ-डी वक्रों के संपर्क भाग की चिकनी ढलान उन्हें यांत्रिक गुणों को निकालने के लिए विश्लेषण के लिए आदर्श बनाती है, जैसा कि इनसेट में दृष्टिकोण वक्रों (नीले निशान) और संबंधित फिट (हरे निशान) के बीच उत्कृष्ट समझौते से स्पष्ट है।

इसके विपरीत, कई सामान्य समस्याएं हैं जो एक उपयोगकर्ता को कैंटिलीवर-आधारित नैनोइंडेंटेशन करते समय सामना करना पड़ सकता है जो गैर-आदर्श एफ-डी कर्व्स को जन्म देगा। सबसे आम मुद्दों में से एक, विशेष रूप से संलग्न होने के तुरंत बाद, जांच टिप पहले से ही रैंप (चित्रा 5 ए) की शुरुआत से पहले नमूने के संपर्क में है, जो प्रारंभिक संपर्क बिंदु निर्धारित करने के लिए आवश्यक आउट-ऑफ-कॉन्टैक्ट बेसलाइन के अधिग्रहण को रोकता है। यह अनट्रिगर्ड (यानी, नियंत्रित विस्थापन) रैंप के मामले में अत्यधिक बड़ी ताकतों को भी जन्म दे सकता है। एक कठोर कैंटिलीवर के साथ एक बड़े रैंप का प्रदर्शन करते समय यह विशेष चिंता का विषय है, क्योंकि परिणामस्वरूप बल कैंटिलीवर को तोड़ सकते हैं और / या नमूना या टिप को नुकसान पहुंचा सकते हैं। इससे बचने के लिए, प्रारंभिक सगाई के दौरान और बाद में ऊर्ध्वाधर विक्षेपण वोल्टेज की निगरानी करें। यदि मापा गया ऊर्ध्वाधर विक्षेपण वोल्टेज सकारात्मक है (उचित प्रारंभिक संरेखण मानते हुए) जैसा कि चित्र 2 बी में दिखाया गया है, तो कैंटिलीवर को विक्षेपित किया जा रहा है और टिप नमूने के संपर्क में है। बड़े सकारात्मक वोल्टेज बड़े कैंटिलीवर विक्षेपण के अनुरूप होते हैं, लेकिन विक्षेपण के परिमाण की परवाह किए बिना, उपयोगकर्ता को मैन्युअल रूप से एएफएम सिर (जैसे, स्टेपर मोटर को नियोजित करके) को नमूने से दूर उठाना चाहिए। ऊर्ध्वाधर विक्षेपण वोल्टेज धीरे-धीरे कम होना चाहिए और मजबूत टिप-नमूना चिपकने वाले बलों के मामले में अस्थायी रूप से शून्य से नीचे भी गिर सकता है, लेकिन अंततः 0 वी (या 0 वी के करीब) तक पहुंच जाएगा जब टिप अब नमूने के संपर्क में नहीं है (चित्रा 2 ए)। इस बिंदु से, उपयोगकर्ता रैंप मापदंडों को अनुकूलित करना और इंडेंट का प्रदर्शन करना फिर से शुरू कर सकता है।

एक और आम समस्या (विशेष रूप से अनट्रिगर रैंप के लिए) पूरे एफ-डी वक्र को लगभग सपाट दिखाई देना है, जिसमें टिप-सैंपल इंटरैक्शन का कोई स्पष्ट संकेत नहीं है, जैसा कि पहले चित्रा 5 बी में दिखाया गया है। यदि उपकरण पर उपलब्ध है, तो इसका समाधान मैन्युअल रूप से एसपीएम हेड को रैंप आकार से ~ 10% कम करना है (जांच टिप को क्रैश करने से बचने के लिए) और फिर से रैंप करना, जब तक कि अन्य रैंप मापदंडों को अनुकूलित करने के लिए आगे बढ़ने से पहले टिप-सैंपल इंटरैक्शन (चित्रा 5 सी, डी) के कारण बल में स्पष्ट वृद्धि नहीं देखी जाती है।

टिप वियर
चित्रा 8 एक प्रयोगात्मक सेटिंग में टिप वियर का एक उदाहरण प्रस्तुत करता है। एक एकल, कठोर, सिलिकॉन टैपिंग मोड एएफएम जांच (सामग्री की तालिका देखें) का उपयोग बेकन शेल नमूने के कई बड़े क्षेत्रों को चित्रित करने के लिए किया गया था (अधिक विवरण के लिए संबंधित अनुप्रयोग उदाहरण देखें) एक तीव्र (kHz दर) बल वक्र-आधारित इमेजिंग विधि का उपयोग करके, और बीटीआर विधि का उपयोग टिप ज्यामिति को मॉडल करने और लगातार तीन छवियों में से प्रत्येक से पहले और बाद में टिप एंड त्रिज्या का अनुमान लगाने के लिए किया गया था। जांच के तहत शेल नमूनों में मिट्टी और कार्बनिक सामग्री (ई ~ 5 जीपीए) का एक मैट्रिक्स शामिल था, जिसमें बहुत कठिन अकार्बनिक खनिज समावेशन (ई > 30 जीपीए) फैले हुए थे। चूंकि नमूने में बड़े स्कैन क्षेत्रों (85 μm x 85 μm) में सतह स्थलाकृति (±2 μm) में महत्वपूर्ण भिन्नताएं थीं, स्कैन दर उपयोग किए गए उपकरण, 0.1 Hz पर न्यूनतम स्वीकार्य पर सेट की गई थी। 2 kHz की बल वक्र अधिग्रहण दर और 0.1 Hz की स्कैन दर के साथ, एकल 1024 x 1024 पिक्सेल छवि के दौरान 20 मिलियन से अधिक टिप-नमूना इंटरैक्शन थे। नतीजतन, जांच टिप ने नमूने की इमेजिंग के दौरान अपनी प्राचीन स्थिति (चित्रा 8 ए) के सापेक्ष महत्वपूर्ण गिरावट का अनुभव किया, जो तीन छवियों के समापन पर ~ 11 एनएम के प्रभावी अंत त्रिज्या से ~ 129 एनएम तक परिमाण के क्रम में बढ़ गया। पहली छवि के दौरान टिप टूट गई प्रतीत होती है, जिसके परिणामस्वरूप चित्रा 8 बी में देखा गया बड़ा रूपात्मक परिवर्तन होता है। प्रत्येक बाद की छवि में, टिप उत्तरोत्तर अधिक गोल हो जाती है, क्रमिक पहनने की अधिक सामान्य घटना का एक उत्कृष्ट उदाहरण (चर्चा देखें)। बीटीआर मॉडल से अनुमानित टिप त्रिज्या चित्रा 8 में शामिल हैं।

इसके विपरीत, चित्रा 8 ई, एफ 6 महीने के अंतर पर प्राप्त डायमंड टिप प्रोब (सामग्री की तालिका देखें) के बीटीआर मॉडल प्रस्तुत करता है, जिसमें हजारों नैनोइंडेंट और सैकड़ों लाखों बल वक्र इमेजिंग आधारित टिप-सैंपल इंटरैक्शन होते हैं। जैसा कि 29 एनएम (चित्रा 8 ई) और 28 एनएम (चित्रा 8 एफ) की अनुमानित टिप त्रिज्या से देखा जा सकता है, जांच टिप त्रिज्या बीटीआर विधि की सीमा ओं के भीतर नहीं बदली, जो हीरे के चरम पहनने के प्रतिरोध को उजागर करती है। हालांकि, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि डायमंड टिप जांच (सभी एएफएम जांच की तरह) शिथिल रूप से पालन किए गए मलबे से संदूषण के लिए अतिसंवेदनशील होते हैं जो टिप क्षेत्र समारोह और प्रभावी कठोरता को प्रभावित कर सकते हैं। तदनुसार, टिप संरक्षण और सटीक नैनोमैकेनिकल माप के लिए नमूना स्वच्छता महत्वपूर्ण बनी हुई है।

अनुप्रयोग के उदाहरण
जांच सामग्री संरचना, कैंटिलीवर स्प्रिंग स्थिरांक और टिप ज्यामिति और त्रिज्या के विवेकपूर्ण विकल्प के माध्यम से, कैंटिलीवर-आधारित नैनोइंडेंटेशन का उपयोग तरल पदार्थ और परिवेश की स्थितियों में केपीए से जीपीए तक लोचदार मोडुलिन के साथ सामग्री के नैनोस्केल यांत्रिक गुणों को निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है। चयनित अनुप्रयोग उदाहरण कैंटिलीवर-आधारित नैनोइंडेंटेशन के लिए संभव उपयोग के मामलों की कुछ विस्तृत श्रृंखला को उजागर करने के लिए अनुसरण करते हैं।

जैव ईंधन अनुप्रयोगों के लिए लोब्लोली पाइन यांत्रिक गुणों की जांच
लोब्लोली पाइन के पेड़ (पिनस टैडा) एक तेजी से बढ़ती नरम लकड़ी की प्रजाति है जो दक्षिणी संयुक्त राज्य अमेरिका में अत्यधिक प्रचुर मात्रा में है, जो 13 मिलियन हेक्टेयर³¹ पर कब्जा कर रही है। उनकी बहुतायत के कारण, लोब्लोली पाइन के पेड़ दक्षिणी अमेरिका में एक महत्वपूर्ण वाणिज्यिक फसल हैं, जो आमतौर पर लकड़ी और लुगदी की लकड़ी दोनों के लिए उपयोग किए जाते हैं। इसके अतिरिक्त, वे दूसरी पीढ़ी के सेल्यूलोसिक जैव^{ईंधन उत्पादन के} लिए एक महत्वपूर्ण संसाधन हैं। महत्वपूर्ण रूप से, 2007 के ऊर्जा स्वतंत्रता और सुरक्षा अधिनियम (ईआईएसए) के कारण सेल्यूलोसिक जैव ईंधन फीडस्टॉक की मांग बढ़ रही है, जो अनिवार्य करता है कि 2022 तक, अमेरिकी परिवहन उद्योग में कुल नवीकरणीय ईंधन का उपयोग 36 बिलियन गैलन होना चाहिए, जिसमें 16 बिलियन गैलन सेल्यूलोसिक बायोमास से प्राप्त किया जाना चाहिए। तदनुसार, लोब्लोली पाइन की तीव्र वृद्धि दर और कृषि वानिकी परियोजनाओं के लिए उपयुक्तता के कारण, यह हाल^{के वर्षों में} बहुत रुचि का जैव ईंधन फीडस्टॉक बन गया है। लोब्लोली पाइन के यांत्रिक गुणों का ज्ञान, जिसमें व्यक्तिगत पेड़ों, शारीरिक अंशों (जैसे, सफेद लकड़ी, छाल, सुई), और सेल क्षेत्रों (जैसे, सेल दीवार बनाम आंतरिक) में परिवर्तनशीलता शामिल है, यांत्रिक प्रसंस्करण और थर्मोकेमिकल रूपांतरण^को अनुकूलित करने के लिए बायोमास धाराओं के लक्षित पृथक्करण की अनुमति दे सकता है।

चित्र 9 एक प्रतिनिधि एएफएम स्थलाकृति (ऊंचाई सेंसर) छवि (चित्रा 9 ए) और संबंधित लोचदार मापांक मानचित्र (चित्रा 9 बी) प्रस्तुत करता है, जो 23 वर्षीय लोब्लोली पाइन पर एक शाखा से प्राप्त व्हाइटवुड के क्रॉस-सेक्शन नमूने का एक प्रतिनिधि एएफएम टोपोग्राफी (ऊंचाई सेंसर) छवि (चित्रा 9 बी) प्रस्तुत करता है, जिसमें स्टेनलेस स्टील कैंटिलीवर (के = 256 N/m)। स्थलाकृति और मापांक मानचित्र ों को तेजी से kHz दर बल वक्र-आधारित AFM इमेजिंग का उपयोग करके एक साथ उत्पन्न किया गया था, जिसमें मापांक मानचित्र जांच अंशांकन स्थिरांक (यानी, स्प्रिंग स्थिरांक, विक्षेपण संवेदनशीलता, और टिप त्रिज्या) के लिए नाममात्र मूल्यों के आधार पर अर्ध-मात्रात्मक परिणाम प्रस्तुत करता है और वास्तविक समय में बल वक्रों को डीएमटी (डेरजागुइन, मुलर और टोपोरोव) संपर्क यांत्रिकी मॉडल³⁵ में फिट करता है।. सभी तीन आयामों (लंबाई x चौड़ाई x ऊंचाई) में <3 मिमी तक छंटनी किए गए क्रॉस-सेक्शन्ड नमूने इथेनॉल (33%, 55%, 70%, 90%, और 100%) की बढ़ती सांद्रता का उपयोग करके सीरियल निर्जलीकरण द्वारा इमेजिंग के लिए तैयार किए गए ^थे, राल के साथ घुसपैठ करने से पहले ( सामग्री की तालिका देखें) और रात भर 60 डिग्री सेल्सियस पर पोलीमराइजेशन किया गया था। पूरी तरह से ठीक किए गए राल-एम्बेडेड नमूनों को पहले जमीन पर रखा गया, फिर एक हीरे के ब्लेड के साथ अल्ट्रामाइक्रोटोम किया गया, जो ~ 1 मिमी / सेकंड की काटने की गति से काम कर रहा था, जिसमें फ़ीड मोटाई 1 μm से 50-70 nm प्रति टुकड़ा तक कम हो गई थी ताकि एएफएम इमेजिंग के लिए उत्तरदायी सपाट सतह का उत्पादन किया जा सके। हालांकि, जैसा कि चित्र 9 ए में रंग स्केल बार द्वारा देखा जा सकता है, इस मामले में परिणामी सतह अभी भी अपेक्षाकृत उबड़-खाबड़ है, शायद नमूना सतह और / या अल्ट्रामाइक्रोटोम ब्लेड पर अवशिष्ट मलबे की उपस्थिति के कारण, जिससे सेक्शनिंग के दौरान ब्लेड "चैटर" होता है, जबकि अन्य नमूनों ने बहुत चिकनी सतह स्थलाकृति प्रदर्शित की।

चित्रा 9 सी चित्रा 9 ए से एएफएम स्थलाकृति छवि को पुन: पेश करता है, लेकिन सफेद क्रॉसहेयर के साथ आरओआई के भीतर चयनित सेल दीवारों के साथ किए जाने वाले 50 नैनोइंडेंट के आठ सरणी के लिए स्थानों को इंगित करता है, क्योंकि विचाराधीन परियोजना का लक्ष्य यह समझना था कि लोब्लोली पाइन के नैनोमैकेनिकल गुण विभिन्न ऊतक प्रकारों और पेड़ की उम्र में कैसे भिन्न होते हैं। 1 μN की ट्रिगर सीमा आमतौर पर रैंप के लिए नियोजित की जाती थी (1 हर्ट्ज रैंप दर पर आयोजित 60 एनएम नाममात्र रैंप आकार), जिससे सेल की दीवारों के साथ ~ 10 एनएम की इंडेंटेशन गहराई (अध्ययन किए गए सभी नमूनों में 8 ± 2 एनएम) या सेल के अंदरूनी हिस्सों में थोड़ी गहरी (14 ± 4 एनएम) होती है, जो सेल की दीवारों की तुलना में कुछ नरम होती हैं। प्रत्येक लाइन के भीतर इंडेंट को ≥100 एनएम अलग रखा गया था ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि वे अच्छी तरह से अलग हो गए थे, और प्रति रैंप 1,024 डेटा पॉइंट एकत्र किए गए थे ताकि अच्छी तरह से विशेषता वाले दृष्टिकोण का उत्पादन किया जा सके और मोड़ों को वापस लाया जा सके। पॉइंट-एंड-शूट कैंटिलीवर-आधारित नैनोइंडेंटेशन के साथ रैपिड फोर्स कर्व-आधारित इमेजिंग के संयोजन से, आंकड़े उत्पन्न करना और सेल संरचनाओं में मोडुलिन में अंतर निर्धारित करना संभव था। उदाहरण के लिए, जैसा कि तालिका 1 में दिखाया गया है, यह पाया गया कि सेल इंटीरियर का औसत लोचदार मापांक अलग-अलग उम्र के पेड़ों की कई शाखाओं से प्राप्त व्हाइटवुड नमूनों में सेल की दीवार का लगभग आधा था।

नमूना	स्थान	E* (GPa)	E (GPa)	विरूपण (nm)	गिनती (n)
1	अंदर	1.5 ± 0.4	1.4 ± 0.4	14 ± 2	199
	दीवार	4.7 ± 1.3	4.3 ± 1.3	7 ± 2	202
2	अंदर	1.3 ± 0.3	1.2 ± 0.3	16 ± 3	198
	दीवार	3.2 ± 0.9	2.9 ± 0.9	9 ± 2	199
3	अंदर	1.9 ± 0.6	1.7 ± 0.6	12 ± 3	198
	दीवार	5.7 ± 1.2	5.2 ± 1.2	6 ± 1	199
4	अंदर	2.4 ± 0.8	2.2 ± 0.8	11 ± 3	202
	दीवार	4.2 ± 2.1	3.8 ± 2.1	9 ± 4	193
5	अंदर	2.6 ± 0.8	2.3 ± 0.8	10 ± 2	198
	दीवार	4.3 ± 1.6	3.9 ± 1.6	7 ± 2	199
औसत	अंदर	1.9 ± 0.6	1.8 ± 0.6	13 ± 3
	दीवार	4.4 ± 1.4	4.0 ± 1.4	8 ± 2

तालिका 1: लोब्लोली पाइन लोचदार मापांक आंकड़े: सेल की दीवारें बनाम सेल इंटीरियर। अलग-अलग उम्र के दो पेड़ों से एकत्र किए गए पांच लोब्लोली पाइन व्हाइटवुड शाखा नमूनों के लिए सेल की दीवारों बनाम सेल इंटीरियर्स के लोचदार मोडुलिन को मापा गया। सभी मापांक मूल्यों की गणना बल विस्थापन वक्र के दृष्टिकोण भाग को डीएमटी मॉडल में फिट करके और नमूने के लिए 0.3 के पॉइसन अनुपात को मानकर की गई थी। मोडुलिन को प्रत्येक नमूना स्थान के लिए औसत ± मानक विचलन के रूप में रिपोर्ट किया जाता है, जिसमें इंगित किए गए रिपोर्ट किए गए परिणाम का उत्पादन करने के लिए बल वक्रों (गिनती, एन) की संख्या का विश्लेषण किया जाता है। मापा गया कम मोडुलिन (ई*) को वास्तविक नमूना मोडुलिन (ई) में परिवर्तित किया गया था, जिसमें यंग का मापांक 1,140 जीपीए और पॉइसन का अनुपात 0.07 माना गया था। इसके अलावा दिखाया गया है 1 μN के लागू भार के लिए औसत नमूना विरूपण।

बेकन शेल्स पर सहसंबद्ध नैनोमैकेनिक्स और इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्पेक्ट्रोस्कोपी।
बक्केन शेल जमा संयुक्त राज्य अमेरिका में मोंटाना और नॉर्थ डकोटा में विलिस्टन बेसिन और कनाडा में सस्केचेवान के कुछ हिस्सों में पाए जाते हैं। वे संयुक्त राज्य अमेरिका में दूसरा सबसे बड़ा हाइड्रोकार्बन जलाशय हैं, लेकिन जमा का अध्ययन अभी भी अपनी प्रारंभिक अवस्था में^है। संरचना और थर्मल परिपक्वता के कार्य के रूप में बक्केन शेल के नैनोमैकेनिकल गुणों की जांच स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप (एसईएम) इमेजिंग और ऊर्जा फैलाने वाली स्पेक्ट्रोस्कोपी (ईडीएस) मौलिक संरचना लक्षण वर्णन के साथ एएफएम कैंटिलीवर-आधारित नैनोइंडेंटेशन को सह-स्थानीयकरण करके आयोजित की गई थी, जैसा कि चित्र 10 में दिखाया गया है। विशेष रूप से, एसईएम-ईडीएस मैपिंग का उपयोग मौलिक वितरण (चित्रा 10 सी) को चिह्नित करने के लिए किया गया था, जिससे शेल मैट्रिक्स के भीतर विभिन्न खनिज समावेशन की उपस्थिति और स्थान का निर्धारण होता है। रैपिड (kHz दर) बल वक्र-आधारित AFM इमेजिंग (चित्रा 10B) को द्वितीयक इलेक्ट्रॉन (SE) SEM छवि (चित्रा 10A) में ऑप्टिकल रूप से पहचाने जाने योग्य मूल को परिभाषित करके और AFM और SEM³⁸ दोनों के चरण आंदोलन को ट्रैक करके SEM-EDS मानचित्रों के साथ सह-स्थानीयकृत किया गया था। एक कठोर स्टेनलेस स्टील कैंटिलीवर पर लगाए गए हीरे की टिप जांच का फिर से उपयोग करके, लोचदार मापांक में भिन्नताओं का मानचित्रण बड़े क्षेत्रों (85 μm x 85 μm) के लिए संभव था जिसमें रुचि के समावेश शामिल थे (चित्रा 10 डी)। ध्यान दें कि चित्रा 10 डी में प्रस्तुत मापांक मानचित्र प्रकृति में मात्रात्मक के बजाय गुणात्मक है, क्योंकि इमेजिंग और डेटा अधिग्रहण से पहले सॉफ्टवेयर में उचित जांच अंशांकन स्थिरांक दर्ज नहीं किए गए थे।

चित्रा 10 बी और चित्रा 10 डी में एएफएम छवियां भी नियोजित डायमंड टिप जांच की कमियों में से एक को उजागर करती हैं, अर्थात् इसकी क्यूब कॉर्नर टिप ज्यामिति के कारण उच्च पहलू अनुपात सुविधाओं (चित्रा 10 बी में काले अंडाकार क्षेत्र को देखें) को सटीक रूप से ट्रैक करने में असमर्थता। खड़ी विशेषताओं को सटीक रूप से ट्रैक करने में कम रिज़ॉल्यूशन और असमर्थता को चित्र 11 में अधिक स्पष्ट रूप से देखा जा सकता है, जहां बेकन शेल नमूने के एक ही सामान्य क्षेत्र को क्यूब कॉर्नर डायमंड टिप (चित्रा 11 ए) और काफी तेज, उच्च पहलू अनुपात कठोर टैपिंग मोड सिलिकॉन एएफएम जांच (चित्रा 11 बी) द्वारा चित्रित किया गया है। अधिक विशेष रूप से, चित्रा 11 बी में दिखाई गई छवि चित्रा 8 ए (आर = 11 एनएम) और चित्रा 8 बी (आर = 43 एनएम) में बीटीआर मॉडल के बीच चित्रा 8 ए-डी में विशेषता वाली जांच के साथ प्राप्त की गई थी। सीधी तुलना के लिए, चित्र 11 ई, एफ के साथ छवि जोड़े चित्रा 11 सी, डी, क्रमशः हीरे की नोक और सिलिकॉन जांच के साथ प्राप्त एक ही नमूना सतह विशेषताओं की ज़ूम-इन छवियां प्रस्तुत करते हैं, जो छवि संकल्प और निष्ठा पर टिप ज्यामिति और त्रिज्या के प्रभाव को दिखाते हैं। चित्र 11 जी एक समग्र 3 डी छवि प्रस्तुत करता है जो तेज, उच्च पहलू सिलिकॉन जांच (चित्रा 8 ए, बी) के साथ प्राप्त सतह स्थलाकृति और हीरे की टिप जांच (चित्रा 8 ई, एफ) के साथ प्राप्त मापांक मूल्यों को जोड़ता है।

चित्रा 10 और चित्रा 11 में दिखाए गए बड़े चित्रों के अलावा, छोटी (10 μm x 10 μm) तेजी से बल वक्र-आधारित छवियों को पूरी तरह से कैलिब्रेटेड डायमंड टिप जांच का उपयोग करके प्राप्त किया गया था। इन छवियों ने आसपास के कार्बनिक मैट्रिक्स के गुणों की अधिक विस्तार से जांच करने के लिए ऑप्टिकल रूप से दिखाई देने वाले अकार्बनिक खनिज समावेशन वाले क्षेत्रों पर ध्यान केंद्रित किया। 512 x 512 (यानी, ~ 20 एनएम x 20 एनएम नमूना पिक्सेल) के पिक्सेल रिज़ॉल्यूशन को नियोजित करके, >262,000 अलग-अलग एफ-डी कर्व्स को कैप्चर किया गया और प्रत्येक 10 μm x 10 μm छवि के साथ सहेजा गया, जिससे उत्कृष्ट आंकड़े सक्षम हुए। एफ-डी डेटा को डेरजागुइन-मुलर-टोपोरोव (डीएमटी) ³⁵ संपर्क यांत्रिकी मॉडल को लागू करने के लिए एटॉमिकजे सॉफ्टवेयर पैकेज²³ का उपयोग करके बैच संसाधित और विश्लेषण किया गया था। फिटिंग के बाद, डेटा को उन वक्रों को हटाने के लिए साफ किया गया जिसके परिणामस्वरूप गणना की गई लोचदार मापांक <0 (गैर-भौतिक) या >30 जीपीए (चूंकि अध्ययन शेल, ई << 30 जीपीए के गैर-खनिज भाग पर केंद्रित था) अन्य अध्ययनों^39,40 के समान^, साथ ही मॉडल फिट आर² < 0.7 के साथ डेटा। जबकि आर² कटऑफ कुछ हद तक मनमाना है, इसे केवल डेटा को हटाने के लिए चुना गया था जो मॉडल स्पष्ट रूप से सटीक रूप से फिट नहीं हो सकता था। इमेजिंग क्षेत्र में एक बड़े खनिज समावेश को शामिल करने वाले एक आउटलायर के अपवाद के साथ, हटाए गए कर्व्स प्रत्येक छवि के लिए कुल डेटा के 0.5% से कम के लिए जिम्मेदार थे। सांख्यिकीय परिणामों का सारांश तालिका 2 में पाया जा सकता है। गणना की गई लोचदार मोडुलिन 3.5 से 6.1 जीपीए तक भिन्न होती है, जो इसी तरह के अध्ययनों में^39,40 भी पाई गई है।

नमूना	E (GPa)	डेटा की सफाई के बाद उपज	गिनती (n)
1	6.1 ± 3.8	93.70%	7,36,874
2	5.1 ± 2.6	99.70%	7,84,267
3	3.5 ± 1.9	99.60%	7,83,427

तालिका 2: बेकन शेल्स के लोचदार मापांक आंकड़े। विभिन्न संरचना और थर्मल परिपक्वता के तीन बक्केन शेल नमूनों में कार्बनिक मैट्रिक्स के लोचदार मोडुलिन को मापा गया। नमूना 1 एक नियंत्रण है, जबकि नमूने 2 और 3 को कृत्रिम रूप से थर्मल परिपक्वता का अनुकरण करने के लिए क्रमशः 12 घंटे और 48 घंटे के लिए लगाया गया था। लोचदार मोडुलिन को प्रत्येक नमूना स्थान के लिए औसत ± मानक विचलन के रूप में रिपोर्ट किया जाता है, जिसमें इंगित पाठ में वर्णित डेटा सफाई प्रक्रिया को नियोजित करने के बाद विश्लेषण में शामिल बल वक्रों (गिनती, एन) की संख्या होती है। गणना की गई औसत मोडुलिन (3.5-6.1 जीपीए) अन्य समान अध्ययनों में रिपोर्ट की गई सीमा के भीतर आती है जैसे कि ली एट ^अल.40, जिसमें 2.9-11.8 जीपीए की मापांक सीमा पाई गई।

बाहरी उत्तेजनाओं के कारण मेसेनकाइमल स्टेम सेल परमाणु कठोरता में परिवर्तन होता है।
मेसेनकाइमल स्टेम सेल (एमएससी) पूर्वज कोशिकाएं हैं जो चोंड्रोसाइट्स, एडिपोसाइट्स, ओस्टियोब्लास्ट और मायोसाइट्स^बन सकती हैं। इन विभिन्न ऊतक प्रकारों में एमएससी भेदभाव साइटोस्केलेटन और न्यूक्लियोस्केलेटन (एलआईएनसी) कॉम्प्लेक्स के लिंकर के माध्यम से सेल पर बाहरी यांत्रिक उत्तेजनाओं से प्रभावित होता है, जो शारीरिक रूप से बाहरी कोशिका झिल्ली को परमाणु झिल्ली⁴¹ से जोड़ता है। एलआईएनसी कॉम्प्लेक्स सन और नेस्प्रिन प्रोटीन से बना है जो सेल पर भौतिक बलों का पता लगाने के लिए सेल साइटोस्केलेटन के साथ बातचीत करता है और भेदभाव प्रक्रिया^42,43,44 शुरू करने के लिए मेकेनोसेंसिटिव कारकों β-कैटेनिन और वाईएपी के परमाणु आयात की सुविधा प्रदान करता है। कोशिकाओं के मेकेनोस्टिम्यूलेशन के बाद β-कैटेनिन और वाईएपी के परमाणु आयात के साथ, साइटोस्केलेटन भी पुनर्व्यवस्था से गुजरता है, जिसमें नाभिक के चारों ओर एफ-एक्टिन फिलामेंट्स के गठन के साथ-साथ एक्टिन^44,45,46 का परमाणु स्थानांतरण भी शामिल है। क्योंकि मेकेनोस्टिम्यूलेशन सेल साइटोस्केलेटन और एक्टिन के परमाणु प्रवेश में परिवर्तन शुरू करता है, कोशिकाओं और नाभिक की समग्र कठोरता (मापांक) प्रभावित होती है और इसे एएफएम कैंटिलीवर-आधारित नैनोइंडेंटेशन द्वारा मापा जा सकता है। पिछले अध्ययनों ने एलआईएनसी कॉम्प्लेक्स के विघटन के बाद सेल और परमाणु मापांक में कमी का पता लगाकर इसकी पुष्टि की है, और एमएससी⁴⁷ के मेकेनोस्टिम्यूलेशन के बाद सेल और परमाणु मापांक में विपरीत वृद्धि हुई है। वर्तमान शोध अभी भी नाभिक में एक्टिन आयात के लिए तंत्र की जांच कर रहा है और कैसे एक्टिन पोलीमराइजेशन मेकेनोस्टिम्यूलेशन के बाद सेल और परमाणु मापांक को प्रभावित करता है।

जीवित कोशिकाओं के यांत्रिक गुणों की जांच करने के लिए, प्रयोगों को एक बफर समाधान, आमतौर पर पीबीएस में आयोजित किया जाना चाहिए। द्रव में कैंटिलीवर-आधारित नैनोइंडेंटेशन का संचालन अद्वितीय समस्याएं पैदा करता है, विशेष रूप से एमएससी (ई≈ 2 केपीए) जैसे बहुत नरम नमूनों के माप के लिए। विशेष रूप से, जीवित कोशिकाओं के कम लोचदार मोडुलिन को कोशिका संरचना पर दिए गए तनाव को कम करने और झिल्ली के पंचर से बचने के लिए एक बड़ी जांच त्रिज्या के उपयोग की आवश्यकता होती है। इसके अतिरिक्त, इस तरह के कम लोचदार मोडुलिन को मापने के लिए बहुत कम वसंत निरंतर कैंटिलीवर (के = 0.04 एन / एम) आवश्यक हैं, लेकिन इससे तरल पदार्थ के चिपचिपे खिंचाव के कारण गलत जुड़ाव की संभावना बढ़ जाती है, जिससे एएफएम संलग्न प्रक्रिया के प्रारंभिक तेजी से कम करने वाले चरण के दौरान नरम कैंटिलीवर का विक्षेपण होता है। झूठी संलग्नता के लिए उच्च प्रवृत्ति का मुकाबला करने के लिए, एक बड़े संलग्न सेटपॉइंट (यानी, संलग्न प्रक्रिया को समाप्त करने के लिए विक्षेपण वोल्टेज ट्रिगर सीमा) का उपयोग करना आवश्यक हो सकता है। चूंकि नरम कैंटिलीवर को आम तौर पर कठोर कैंटिलीवर की तुलना में अधिक हद तक लोचदार रूप से विकृत किया जा सकता है, इसलिए तरल पदार्थ में उच्च संलग्न सेटपॉइंट के साथ अनुभव किया जाने वाला अधिक झुकाव आम तौर पर ऐसी नरम जांच के लिए हानिकारक नहीं होता है। इसके अलावा, यह जरूरी है कि द्रव वातावरण में उपयोग किए जाने वाले समाधान मलबे और बुलबुले से मुक्त हों, क्योंकि तैरते हुए मलबे या बुलबुले पीएसडी में तरल पदार्थ के माध्यम से लेजर के संचरण में क्षणिक रूप से हस्तक्षेप कर सकते हैं या कैंटिलीवर का पालन कर सकते हैं और लेजर को अवरुद्ध कर सकते हैं। लेजर बीम के साथ हस्तक्षेप परिणामी एफ-डी वक्रों को नकारात्मक रूप से प्रभावित करेगा और अक्सर गलत क्रैश डिटेक्शन या गलत एंगेजिंग का परिणाम होगा। अंत में, जीवित कोशिकाओं पर नैनोइंडेंटेशन को कठिन, निर्जीव सामग्री की तुलना में अधिक उपयोगकर्ता इनपुट की आवश्यकता होती है। विशेष रूप से, क्योंकि कोशिकाएं और उनके द्रव वातावरण बहुत अधिक गतिशील होते हैं, इसलिए प्रत्येक रैंप के लिए जांच की ऊंचाई को सक्रिय रूप से समायोजित करना आवश्यक हो सकता है ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि एक अच्छा एफ-डी वक्र प्राप्त हो।

लाइव सेल नैनोइंडेंटेशन में, कठोर नमूनों के सापेक्ष एक ही कैंटिलीवर विक्षेपण के परिणामस्वरूप अक्सर बहुत बड़े नमूना विरूपण की आवश्यकता होती है। इस बड़े विरूपण के परिणामस्वरूप प्रयोगात्मक परिणाम हर्ट्ज मॉडल की रैखिक लोच की धारणा से विचलित हो सकते हैं, और इसलिए सटीक एफ-डी विश्लेषण⁴⁸ के लिए हाइपरइलास्टिक व्यवहार के लिए एक सुधार कारक लागू करने की आवश्यकता हो सकती है। यह पाया गया है कि ज्यामितीय आकार अनुपात, जहां आर ₂ इंडेंटर की त्रिज्या है और आर₁ सेल की त्रिज्या है (चित्रा 12 ए देखें), का उपयोग हर्ट्ज़ियन यांत्रिकी के परिणामस्वरूप डेटा के पालन की भविष्यवाणी करने के लिए किया जा सकता है। आदर्श ज्यामितीय आकार अनुपात β = 0.3 पाया गया है, जिसमें β मान <0.3 है, जिससे लोचदार मापांक और β मान 0.3 > कम आंका जाता है, जिससे हर्ट्ज संपर्क सिद्धांत⁴⁸ के साथ विश्लेषण करने पर लोचदार मापांक को अधिक आंका जाता है। नॉनलाइनर प्रभावों से बचने का एक सामान्य तरीका विकृतियों को छोटा रखना है। इस अध्ययन में, इंडेंटेशन गहराई 500 एनएम -1 μm तक सीमित थी।

एमएससी और पृथक नाभिक पर नैनोइंडेंटेशन प्रयोगों के एक सेट के परिणाम दिखाने वाला एक प्रतिनिधि डेटा सेट चित्र 12 बी में दिखाया गया है। चित्रा 12 बी में प्रस्तुत आंकड़ों में, प्रीकैलिब्रेटेड (एलडीवी के माध्यम से स्प्रिंग स्थिरांक और एसईएम के माध्यम से टिप त्रिज्या), के = 0.04 एन / एम के नाममात्र स्प्रिंग स्थिरांक के साथ 5 μm त्रिज्या अर्धगोलाकार जांच का उपयोग बरकरार जीवित एमएससी और पृथक एमएससी नाभिक के बीच मापांक में अंतर की जांच करने के लिए किया गया था, जो सेल और परमाणु^{यांत्रिक गुणों पर} स्थिर और गतिशील उपभेदों के प्रभावों का परीक्षण करने के लिए नियंत्रण के रूप में कार्य करता था।. कोशिकाओं और नाभिक पर संलग्न होने में अंतर और चुनौतियों के कारण, निकाला गया मापांक डेटा एक बड़ी भिन्नता (यानी, मूल्यों का वितरण) प्रदर्शित करता है। तदनुसार, चित्रा 12 बी में डेटासेट एकत्र किए गए डेटा का 75^वां प्रतिशत प्रस्तुत करता है। जीवित कोशिकाओं और परिणामी माप प्रसार के बीच इस जन्मजात परिवर्तनशीलता के कारण, डेटा विश्लेषण और व्याख्या³⁰ के लिए मजबूत आंकड़े उत्पन्न करने के लिए कम से कम तीन जैविक प्रतिकृति के साथ बड़ी संख्या में नमूनों पर नैनोइंडेंटेशन प्रयोगों को दोहराने की सिफारिश की जाती है।

कोलेस्ट्रॉल युक्त लिपिड बाइलेयर के यांत्रिक गुण
बहुत अधिक (>50 मोल%) कोलेस्ट्रॉल (चोल) सामग्री के साथ समर्थित लिपिड झिल्ली, आंखों के लेंस झिल्ली में पाई जाने वाली संरचना के विशिष्ट, तैयार किए गए थे और ताजा क्लीवर मस्कोवाइट माइका⁴⁹ पर इनक्यूबेट किए गए थे। 1 के चोल/पीओपीसी (पीओपीसी = 1-पामिटोइल-2-ओलियोइल-ग्लिसरो-3-फॉस्फोकोलाइन) मिश्रण अनुपात में तैयार किए गए ऐसे समर्थित लिपिड झिल्ली (एसएलएम) की एक प्रतिनिधि एएफएम स्थलाकृति छवि चित्र 13 ए में दिखाई गई है, जिसमें चित्र के नीचे दिखाए गए छवि में बैंगनी रेखा के साथ ऊंचाई प्रोफ़ाइल दिखाई गई है। चित्रा 13 ए में एसएलएम ने पूरी तरह से उजागर अभ्रक की सतह को पर्याप्त इनक्यूबेशन समय (~ 25 मिनट) और पर्याप्त लिपिड एकाग्रता (0.3 मिलीग्राम / एमएल) के साथ कवर किया, जैसा कि स्थलाकृति छवि में अलग-अलग विशेषताओं की कमी से स्पष्ट है। इसी तरह, छवि में ऊंचाई प्रोफ़ाइल झिल्ली की सतह के खुरदरापन के बारे में संरचनात्मक विवरण प्रदान करती है, जिसमें एसएलएम अपेक्षित रूप से चिकनी होता है।

चित्र 13B चित्र 13A में दिखाए गए SLM पर कैप्चर किए गए बल वक्रों के दृष्टिकोण वर्गों का एक संग्रह प्रस्तुत करता है। एसएलएम के यांत्रिक गुणों के बारे में बेहतर आंकड़े प्राप्त करने के लिए, बल वक्रों को कम से कम 100 एनएम की दूरी पर समान दूरी के बिंदुओं पर एकत्र किया गया था, जो एसएलएम की लगभग पूरी चौड़ाई को कवर करते थे। बिंदुओं के बीच की दूरी (≥10 गुना इंडेंटेशन गहराई) को एक साथ बहुत करीब होने से रोकने के लिए चुना गया था। बल वक्र एक स्पष्ट सफलता की घटना दिखाते हैं, जैसा कि बल वक्रों के पहुंच खंड में ~ 0 और ~ 5 एनएम पृथक्करण दूरी के बीच अलगाव या अचानक उछाल से स्पष्ट होता है जहां बल ~ 10 nN से ~ 5 nN तक तेजी से गिरता है। चित्र 13B में दृष्टिकोण वक्रों के आधार पर चित्र 13A (1 का चोल/POPC मिश्रण अनुपात) में दर्शाई गई झिल्ली के लिए औसत सफलता बल की गणना 9.25 ± 0.27 nN के रूप में की जाती है।

इसके विपरीत, चित्र 13सी आंशिक झिल्ली या झिल्ली पैच की एएफएम स्थलाकृति छवि दिखाता है जो 1 के चोल / पीओपीसी मिश्रण अनुपात में झिल्ली को फिर से इनक्यूबेटिंग करके बनता है, लेकिन लिपिड की बहुत कम सांद्रता (~ 15 μg / mL) और कम इनक्यूबेशन समय (~ 5-6 मिनट) ⁴⁹ के साथ। छवि के केंद्र में झिल्ली पैच के पार लाल रेखा के साथ ऊंचाई प्रोफ़ाइल को चित्र के नीचे दिखाया गया है। आंशिक बाईलेयर में माप एसएलएम की मोटाई प्रदान करता है, जिसे चित्र 13 सी में काली डैश्ड लाइनों द्वारा ~ 7 एनएम दिखाया गया है। हालांकि, इस मापा मोटाई में झिल्ली और अभ्रक डिस्क⁵⁰ के बीच 1-2 एनएम पानी की परत भी शामिल है। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि आंशिक झिल्ली अक्सर केवल अभ्रक की सतह से कमजोर रूप से जुड़ी होती है, जिससे स्कैनिंग के दौरान लिपिड कणों को आंशिक झिल्ली पैच के किनारे से हटा दिया जा सकता है, लेकिन थोड़ा अधिक समय इनक्यूबेशन या इमेजिंग बल को कम करने से इस कठिनाई को खत्म किया जा सकता है।

एसएलएम यांत्रिक गुणों को सटीक रूप से निर्धारित करने के लिए एएफएम जांच का अंशांकन महत्वपूर्ण है। विशेष रूप से, हालांकि टिप स्प्रिंग स्थिरांक हवा या द्रव माध्यम में सुसंगत रहता है, विक्षेपण संवेदनशीलता को उसी माध्यम में कैलिब्रेट किया जाना चाहिए जहां प्रयोग किए जाते हैं। प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य परिणाम सुनिश्चित करने के लिए बल वक्र अधिग्रहण के प्रत्येक सेट से तुरंत पहले विक्षेपण संवेदनशीलता को जांचना महत्वपूर्ण है, क्योंकि लेजर संरेखण और / या बैकसाइड कोटिंग की परावर्तकता समय के साथ बदल सकती है, खासकर तरल पदार्थ में। झिल्ली बल वक्रों को पकड़ने के लिए बहुत तेज जांच को हतोत्साहित किया जाता है, क्योंकि वे आसानी से एसएलएम को पंचर कर देते हैं और गलती से कम सफलता बल को माप सकते हैं या कोई सफलता नहीं मिल सकती है। हालांकि, उचित सफाई के बिना एक ही नोक के बार-बार उपयोग से नोक पर मलबे जमा होने की संभावना बढ़ जाती है और इस तरह नोक को सुस्त कर दिया जाता है या टिप-नमूना चिपकने वाला बलों को प्रभावित किया जाता है। दृष्टिकोण बल वक्रों में स्पष्ट सफलता की घटनाओं की कमी भी वास्तविक झिल्ली के बजाय केवल अभ्रक पर धक्का देने के अनुरूप हो सकती है; इस प्रकार, बल वक्रों को पकड़ने से पहले झिल्ली गठन की दृश्य पुष्टि आवश्यक है।

चित्र 7: हवा और तरल पदार्थ में प्रतिनिधि बल-विस्थापन (एफ-डी) वक्र। (ए) डीएमटी मॉडल फिट के साथ हवा में एक लोब्लोली पाइन पर प्राप्त प्रतिनिधि बल वक्र, और (बी) पीबीएस में एक जीवित एमएससी नाभिक के साथ एक साथ हर्ट्ज मॉडल फिट होता है। पैनल ए और बी में इनसेट फिट (हरे निशान) के साथ संबंधित दृष्टिकोण वक्रों (नीले निशान) के संपर्क क्षेत्र का ज़ूम दिखाते हैं। प्रत्येक पैनल में, प्रारंभिक टिप-नमूना संपर्क बिंदु (जैसा कि फिटिंग एल्गोरिदम द्वारा निर्धारित किया गया है) को एक हरे रंग के हीरे द्वारा इंगित किया जाता है, जबकि टर्न-अराउंड पॉइंट (यानी, दृष्टिकोण से पीछे हटने या वापस लेने के लिए संक्रमण) को एक सियान सर्कल द्वारा इंगित किया जाता है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

चित्रा 8: सिलिकॉन बनाम डायमंड प्रोब टिप वियर की तुलना। (ए-डी) सिलिकॉन जांच टिप। एक टिप लक्षण वर्णन नमूने की इमेजिंग के बाद ब्लाइंड टिप पुनर्निर्माण विधि द्वारा बनाई गई मॉडलों की श्रृंखला, एक कठोर कैंटिलीवर सिलिकॉन टिप जांच (सामग्री की तालिका देखें) की त्रिज्या में विकास का प्रदर्शन करती है, जो तीन अनुक्रमिक 85 μm x 85 μm (1024 x 1024 पिक्सेल) बल वक्र-आधारित छवियों के दौरान अनुभव किए गए प्रगतिशील टिप वियर के कारण होती है। 0.1 हर्ट्ज की लाइन स्कैन दर और 2 kHz की बल वक्र नमूना दर (यानी, ~ 20 मिलियन टिप-नमूना इंटरैक्शन / छवि) पर आयोजित किया गया। (ए) उपयोग से पहले प्राप्त टिप (बॉक्स से बाहर)। R = 11 nm। (बी) एक छवि के बाद टिप (आर = 43 एनएम)। (सी) दो छवियों के बाद टिप (आर = 94 एनएम)। (डी) तीन छवियों के बाद टिप (आर = 129 एनएम)। (E, F) डायमंड प्रोब टिप। एक ही डायमंड टिप जांच के बीटीआर मॉडल (सामग्री की तालिका देखें) ~ 6 महीने अलग प्राप्त किए गए। ई और एफ में दिखाए गए मॉडल उत्पन्न करने के लिए उपयोग की जाने वाली टिप छवियों के अधिग्रहण के बीच, जांच के साथ हजारों नैनोइंडेंट किए गए और बल वक्र-आधारित इमेजिंग के दौरान सैकड़ों लाखों टिप-सैंपल इंटरैक्शन हुए। फिर भी, हीरे की कठोरता के कारण, ~ 30 एनएम की अनुमानित टिप एंड त्रिज्या प्रारंभिक (ई) और अनुवर्ती (एफ) छवियों के अधिग्रहण के बीच बीटीआर तकनीक की अनिश्चितता सीमाओं के भीतर नहीं बदली। पहले के मॉडल में देखी गई विकृति (पैनल ई में काले सर्कल द्वारा इंगित की गई है) या तो बीटीआर विधि की एक कलाकृति है या नोक के किनारे एक नैनोस्केल संदूषक (जैसे, धूल कण) की उपस्थिति के कारण है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

चित्रा 9: एक लोब्लोली पाइन नमूने के एएफएम स्थलाकृति और मापांक मानचित्र। सेल की दीवारों पर कैंटिलीवर-आधारित नैनोइंडेंटेशन माप को सक्षम करने के लिए राल में एम्बेडेड क्रॉस-सेक्शन्ड लोब्लोली पाइन नमूने पर हवा में प्राप्त प्रतिनिधि एएफएम डेटा। (ए) एएफएम स्थलाकृति छवि एक तीव्र बल वक्र-आधारित इमेजिंग मोड के माध्यम से अधिग्रहित कई कोशिकाओं को कवर करती है, जिसे छद्म-3 डी चित्रण के रूप में प्रस्तुत किया जाता है। (बी) प्रत्येक पिक्सेल पर प्राप्त बल वक्र का विश्लेषण करके और डीएमटी मॉडल में डेटा फिट करके एएफएम सॉफ्टवेयर द्वारा वास्तविक समय में उत्पन्न इलास्टिक या यंग का मापांक मानचित्र, यह दर्शाता है कि सेल की दीवारें सेल के अंदरूनी हिस्सों की तुलना में कठोर हैं। ध्यान दें कि मापे जाने के बजाय नाममात्र, जांच अंशांकन मापदंडों का उपयोग किया गया था, इसलिए मापांक मूल्यों को गुणात्मक या केवल अर्धमात्रात्मक माना जाना चाहिए। (ग) आरओआई का अवलोकन उन स्थानों को दर्शाता है (8 लाइनें जिनमें 50 सफेद क्रॉसहेयर शामिल हैं ≥100 एनएम अलग) जहां 400 नैनोइंडेंट (60 एनएम नाममात्र रैंप आकार, ~ 10 एनएम की औसत इंडेंटेशन गहराई के अनुरूप 1 μN ट्रिगर सीमा के साथ) को एएफएम छवि के अधिग्रहण के बाद चयनित सेल दीवारों के साथ किया गया था ताकि नैनोस्केल परिशुद्धता के साथ इंडेंट का पता लगाया जा सके। स्केल सलाखों = 20 μm (A, B)। संक्षेप: एएफएम = परमाणु बल माइक्रोस्कोपी; डीएमटी = डेरजागुइन-मुलर-टोपोरोव। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

चित्रा 10: बेकन शेल नमूने के सह-स्थानीयकृत एएफएम और एसईएम / ईडीएस। (ए) बेकन शेल नमूने के एक हिस्से की द्वितीयक इलेक्ट्रॉन एसईएम छवि। (बी) ए में ब्लैक बॉक्स द्वारा इंगित क्षेत्र की एएफएम स्थलाकृति छवि। ब्लैक ओवल एक ऐसे क्षेत्र को इंगित करता है जहां जांच का कम पहलू अनुपात खड़ी, उच्च पहलू अनुपात सतह स्थलाकृति सुविधा के बजाय जांच साइडवॉल की इमेजिंग की ओर जाता है। (सी) ए में दिखाए गए एसईएम छवि के लिए प्राप्त ईडीएस तात्विक संरचना मानचित्र। (डी) एएफएम-व्युत्पन्न लोचदार या यंग का मापांक मानचित्र बी में एएफएम स्थलाकृति छवि प्राप्त करने के दौरान उत्पन्न होता है, जो दिखाता है कि छवियों के केंद्र में खनिज समावेश ए-डी आसपास के कार्बनिक मैट्रिक्स की तुलना में काफी कठिन है। स्केल सलाखों = 50 μm. संक्षेप: एएफएम = परमाणु बल माइक्रोस्कोपी; एसईएम = स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी; ईडीएस = ऊर्जा फैलाने वाली स्पेक्ट्रोस्कोपी। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

चित्रा 11: उच्च पहलू अनुपात सुविधाओं की उपस्थिति पर जांच टिप त्रिज्या और आकार का प्रभाव। बेकन शेल नमूने पर एक ही स्थान को चित्रित करने के लिए या तो (ए) एक आर≈ 30 एनएम कम पहलू अनुपात (टिप आधा कोण = 47 डिग्री) डायमंड टिप जांच (सामग्री की तालिका देखें) या (बी) एक आर≈ 10 एनएम उच्च पहलू अनुपात (टिप आधा कोण ≈ 19 डिग्री) कठोर सिलिकॉन जांच (नाममात्र k = 200 N / m; सामग्री की तालिका देखें) का उपयोग करके प्राप्त सुविधा रिज़ॉल्यूशन की तुलना। (C-F) ए और बी में नीले (सी, डी) और नारंगी (ई, एफ) बॉक्स वाले क्षेत्रों की ज़ूम-इन छवियों को या तो वक्रता के बड़े त्रिज्या कम पहलू अनुपात डायमंड टिप प्रोब (सी, ई) या तेज, उच्च पहलू अनुपात कठोर सिलिकॉन टैपिंग मोड प्रोब (डी, एफ) के साथ प्राप्त किया गया है, जो कम फीचर रिज़ॉल्यूशन और एएफएम स्थलाकृति छवि में टिप साइडवॉल कलाकृतियों की शुरूआत को उजागर करता है। आधा कोण। सी-एफ में हाइलाइट किए गए क्षेत्रों में खड़ी, गहरी अच्छी तरह से जैसी विशेषताएं हैं जो पार्श्व रिज़ॉल्यूशन, सटीक ट्रैकिंग और छवि निष्ठा के मामले में अधिक आसानी से सुस्त, शुरू में तेज सिलिकॉन जांच या एक कुंद, पहनने वाले हीरे की टिप जांच के बीच व्यापार-बंद को प्रदर्शित करती हैं। (छ) एएफएम स्थलाकृति को तेज, उच्च पहलू अनुपात कठोर सिलिकॉन प्रोब के साथ मिलाकर तैयार की गई समग्र 3डी छवि को नमूने के उसी क्षेत्र के तीव्र बल वक्र इमेजिंग से प्राप्त मापांक डेटा (ओवरलेडेड रंगीन त्वचा) के साथ डायमंड टिप प्रोब के साथ जोड़ा जाता है। ए और बी में नीले और सफेद बक्से द्वारा हाइलाइट की गई विशेषताओं को जी में भी दर्शाया गया है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

चित्र 12: कोशिकाओं या नाभिक पर कैंटिलीवर-आधारित नैनोइंडेंटेशन। (A) एक सपाट, कठोर सब्सट्रेट पर स्थित त्रिज्या _R1 वाले सेल को त्रिज्या _R2 के साथ एक गोलाकार इंडेंटर द्वारा गहराई तक इंडेंटेड किया जाता है। यह आंकड़ा डिंग एट ^अल.48 से पुन: प्रस्तुत किया गया था। (बी) माउस एमएससी पर एएफएम कैंटिलीवर-आधारित नैनोइंडेंटेशन प्रयोगों से प्राप्त प्रतिनिधि मापांक माप के व्यक्तिगत मूल्य भूखंड और माउस एमएससी से निकाले गए पृथक नाभिक। कुल 10 कोशिकाओं और 10 नाभिकों को 500-600 एनएम की इंडेंटेशन गहराई पर पांच बार मापा गया (हर्ट्ज संपर्क यांत्रिकी मॉडल के उपयोग की अनुमति देने के लिए चुना गया)। लोचदार मोडुलिन की गणना करने के लिए परमाणु जे²³ का उपयोग करके परिणामी कच्चे एफ-डी वक्र डेटा को संसाधित किया गया था। कोशिकाओं की बड़ी जन्मजात परिवर्तनशीलता के कारण, डेटा का 75^वां प्रतिशत प्लॉट किया जाता है। सेल और पृथक नाभिक ने लोचदार मापांक में कोई सांख्यिकीय अंतर नहीं दिखाया, जिसमें क्रमशः 0.75 ± 0.22 केपीए और 0.73 ± 0.22 केपीए का मापा औसत मोडुलिन था। यांत्रिक उत्तेजना, प्रोटीन नॉकआउट और रासायनिक उपचार के कारण परमाणु कठोरता में अंतर निर्धारित करने के लिए इसी तरह के डेटा एकत्र और विश्लेषण किए गए हैं। संक्षेप: एमएससी = मेसेनकाइमल स्टेम सेल; एएफएम = परमाणु बल माइक्रोस्कोपी; एफ-डी = बल-विस्थापन। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

चित्रा 13: लिपिड बाइलेयर के आकृति विज्ञान और नैनोमैकेनिकल गुण । (ए) एएफएम स्थलाकृति छवि 1 के मिश्रण अनुपात में चोल /पीओपीसी से बने एक पूर्ण समर्थित लिपिड झिल्ली (एसएलएम) की न्यूनतम ऊंचाई भिन्नता को दर्शाती है जो पूरे उजागर अभ्रक सतह पर लंबे इनक्यूबेशन समय (~ 25 मिनट) और उच्च लिपिड एकाग्रता (0.3 मिलीग्राम / एमएल) के साथ बनती है। छवि के मध्य में बैंगनी रेखा के साथ ऊंचाई प्रोफ़ाइल को आकृति के नीचे दिखाया गया है, जो झिल्ली की सतह का संरचनात्मक विवरण प्रदान करता है। जैसा कि अपेक्षित था, एसएलएम बेहद चिकनी है। (बी) ए में दिखाए गए एसएलएम पर कैप्चर किए गए बल वक्रों के पहुंच खंडों का संग्रह। बल वक्रों को लगभग पूरे एसएलएम को कवर करने वाले समान दूरी के बिंदुओं ≥100 एनएम पर एकत्र किया गया था। बल वक्र एक स्पष्ट सफलता की घटना दिखाते हैं, जैसा कि बल वक्रों के पहुंच खंड में अलगाव या अचानक उछाल से स्पष्ट होता है। औसत सफलता बल 9.25 ± 0.27 nN है। (ग) आंशिक झिल्ली या झिल्ली के पैच जो 1 के चोल/पीओपीसी मिश्रण अनुपात में 1 के चोल/पीओपीसी मिश्रण अनुपात में कम इनक्यूबेशन समय (~ 5-6 मिनट) और ए⁴⁹ के सापेक्ष कम लिपिड सांद्रता (~ 15 μg/mL) पर झिल्ली को इंजेक्ट करके बनते हैं। पैच पर लाल रेखा के साथ ऊंचाई प्रोफ़ाइल छवि के नीचे दिखाया गया है। आंशिक बाइलेयर एसएलएम की मोटाई के माप को सक्षम बनाता है, जो ऊंचाई प्रोफ़ाइल में काली डैश लाइनों द्वारा दिखाया गया है। ध्यान दें कि मापी गई मोटाई में झिल्ली और अभ्रक डिस्क⁵⁰ के बीच 1-2 एनएम पानी की परत भी शामिल है। इस आंकड़े को एल्सेवियर की अनुमति के साथ खड़का एट अल ^.49 से अनुकूलित किया गया था। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Discussion

नमूना तैयार करना
हवा में नैनोइंडेंटेशन के लिए, सामान्य तैयारी विधियों में क्रायोसेक्शनिंग (जैसे, ऊतक के नमूने), पीसना और / या पॉलिशिंग के बाद अल्ट्रामाइक्रोटोमिंग (जैसे, राल-एम्बेडेड जैविक नमूने), आयन मिलिंग या केंद्रित आयन बीम तैयारी (जैसे, अर्धचालक, छिद्रपूर्ण, या मिश्रित कठोरता के नमूने पॉलिश करने योग्य नहीं हैं), यांत्रिक या इलेक्ट्रोकेमिकल पॉलिशिंग (जैसे, धातु मिश्र धातु), या पतली फिल्म जमाव (जैसे, परमाणु परत या रासायनिक वाष्प जमाव) शामिल हैं। आणविक बीम एपिटैक्सी)। लक्ष्य न्यूनतम सतह खुरदरापन के साथ एक नमूना बनाना है (आदर्श रूप से एनएम-स्केल, ≤0.1x इच्छित इंडेंटेशन गहराई)। पूर्ववर्ती तरीकों में से कई के साथ, नमूने को बाद में उच्च शुद्धता फ़िल्टर (जैसे, एचपीएलसी ग्रेड) विलायक के साथ और / या सोनिक किया जा सकता है और कण मलबे को हटाने के लिए अल्ट्राहाई शुद्धता (99.999%) नाइट्रोजन (एन₂) गैस के साथ सुखाया जा सकता है। वैकल्पिक रूप से, गुच्छे (जैसे, 2 डी सामग्री) या कण (जैसे, नैनोकणों या माइक्रोकैप्सूल) को उच्च शुद्धता फ़िल्टर किए गए सॉल्वैंट्स का उपयोग करके तैयार किए गए समाधानों से स्पिन लेपित या ड्रॉप आउट किया जा सकता है। इस मामले में, लक्ष्य एक सतह घनत्व प्राप्त करना है जो नमूने पर किसी भी यादृच्छिक रूप से चुने गए क्षेत्र में दृश्य के क्षेत्र के भीतर कई गैर-अतिव्यापी गुच्छे या कण पैदा करता है। तरल पदार्थ में नैनोइंडेंटेशन के लिए (अक्सर जैविक नमूनों के लिए व्यवहार्य रहने के लिए बफर समाधान की आवश्यकता होती है), एक चिकनी (नैनोमीटर-स्केल सतह खुरदरापन) सब्सट्रेट (जैसे, माइक्रोस्कोप स्लाइड, पेट्री डिश, या ताजा क्लीवर मस्कोवाइट माइका) पर नमूनों का जमाव या^{तैयारी आवश्यक है।}

जांच चयन विचार
एफ-डी वक्रों के मात्रात्मक विश्लेषण के लिए एक उपयुक्त जांच का चयन अत्यंत महत्वपूर्ण है, क्योंकि टिप-सैंपल इंटरैक्शन कैंटिलीवर-आधारित नैनोइंडेंटेशन में मापा जा रहा मौलिक गुण है। किसी दिए गए प्रयोग के लिए जांच चुनते समय निम्नलिखित प्रश्न विशेष महत्व के होते हैं। नमूने की अपेक्षित (या मापा) सतह खुरदरापन और लोचदार मापांक सीमा क्या है? खड़ी विशेषताओं को ट्रैक करते समय नोक पर मौजूद पार्श्व बलों में वृद्धि के कारण चिकनी नमूनों की तुलना में उच्च खुरदरापन के नमूने तेजी से घिसने का कारण बन सकते हैं, साथ ही टिप^{ब्रेक घटनाओं की} संभावना भी बढ़ जाती है। इसी तरह, नमूना जितना कठिन होगा, उतनी ही तेजी से यह जांच टिप पहनेगा। इसके अलावा, कितने चित्र और / या नैनोइंडेंट आवश्यक हैं? कम इमेजिंग और इंडेंटिंग के साथ, कम टिप पहनने की उम्मीद की जा सकती है। जैसा कि नीचे अधिक विस्तार से वर्णित है, हीरे की तरह कार्बन (डीएलसी) कोटिंग्स का उपयोग करके टिप वियर को कम किया जा सकता है या डायमंड टिप प्रोब्स का उपयोग करके लगभग समाप्त किया जा सकता है (लगभग अनंत जांच जीवनकाल द्वारा समय के साथ अधिग्रहण की उच्च लागत के साथ)।

एक उपयुक्त जांच चुनने में एक और विचार रुचि की विशेषताओं का आकार है। नैनोइंडेंटेशन के लिए, प्रश्न में नमूने के लिए आवश्यक स्थानिक रिज़ॉल्यूशन और वांछित सूचना सामग्री को बनाए रखते हुए सबसे बड़े टिप आकार का उपयोग करना अक्सर सबसे अच्छा होता है, क्योंकि बड़ी युक्तियों में फ्रैक्चर के कारण अचानक टिप ज्यामिति परिवर्तन का अनुभव होने की संभावना कम होती है और कम पहनने^{की दर भी} प्रदर्शित होगी। यह विचार करना भी महत्वपूर्ण है कि क्या नैनोइंडेंटेशन के साथ सह-स्थानीयकृत होने के लिए अन्य एएफएम विधियां हैं, जैसे प्रवाहकीय एएफएम⁵⁵, केल्विन प्रोब फोर्स माइक्रोस्कोपी (केपीएफएम) 56, या चुंबकीय बल माइक्रोस्कोपी (एमएफएम)⁵⁷। यदि इन जैसे अतिरिक्त मेट्रोलॉजी का उपयोग किया जाना है, तो जांच टिप को विद्युत प्रवाहकीय या चुंबकीय होने की आवश्यकता हो सकती है, जो सामग्री संरचना को प्रभावित करेगी और इसलिए कठोरता, पहनने के प्रतिरोध और टिप त्रिज्या सहित कई गुण हैं। इसी तरह, यदि इंडेंटेशन द्रव में किया जाएगा, तो जांच के प्रतिबिंबित बैकसाइड कोटिंग (यदि मौजूद हो) की संरचना एक और महत्वपूर्ण विचार है, क्योंकि यह संक्षारण प्रतिरोधी होना चाहिए (उदाहरण के लिए, द्रव जांच के लिए एयू बैकसाइड कोटिंग आम है)। अंत में, और शायद सबसे महत्वपूर्ण बात, जांच कैंटिलीवर के वसंत स्थिरांक को मापा जाने के लिए लोचदार मोडुलिन की अपेक्षित सीमा से मेल खाना चाहिए। यदि स्प्रिंग स्थिरांक नमूना मापांक के साथ अच्छी तरह से मेल नहीं खाता है, तो दो मामलों में से एक हो सकता है। यदि कैंटिलीवर बहुत कठोर है, तो बहुत कम या कोई विक्षेपण मापा जाएगा और लक्षण वर्णन असंभव हो जाता है; इसके विपरीत, यदि कैंटिलीवर बहुत नरम है, तो यह अपने यांत्रिक गुणों को मापने के लिए नमूने को पर्याप्त रूप से विकृत करने में सक्षम नहीं होगा।

टिप वियर
पहनने को कई तरीकों से परिभाषित किया जा सकता है; यहां एएफएम जांच टिप वियर की चर्चा के लिए, इसे सामग्री के किसी भी नुकसान के बिना प्लास्टिक विरूपण के कारण जांच टिप की सतह स्थलाकृति में किसी भी बदलाव के रूप में परिभाषित किया जाएगा, साथ ही^{भौतिक इंटरैक्शन के} कारण सतह से सामग्री को हटाने के रूप में परिभाषित किया जाएगा। एक व्यापक अर्थ में, पहनने में ऑक्सीकरण और जलयोजन जैसी रासायनिक प्रतिक्रियाएं भी शामिल हो सकती हैं। सामान्य एएफएम अनुप्रयोगों में, पार्श्व स्थानिक रिज़ॉल्यूशन आमतौर पर टिप त्रिज्या⁵⁹ द्वारा सीमित होता है, और टिप-सैंपल इंटरैक्शन प्राथमिक मापा गुण है। चूंकि टिप त्रिज्या टिप-नमूना प्रणाली के संपर्क यांत्रिकी को मॉडलिंग करने और बाद में यांत्रिक गुणों का निर्धारण करने में एक महत्वपूर्ण पैरामीटर है, इसलिए नैनोइंडेंटेशन प्रयोगों को करते समय टिप वियर विशेष चिंता का विषय है और नैनोइंडेंटेशन^{परिणामों की} सटीक व्याख्या के लिए एक महत्वपूर्ण सीमा है। टिप वियर की सामान्य रूप से क्रमिक प्रकृति (टिप टूटने की घटनाओं से अलग) के कारण, एकल नैनोइंडेंटेशन चक्र (यानी, रैंप) के कारण टिप वियर की मात्रा निर्धारित करना संभव नहीं है। इसके अलावा, नैनोइंडेंटेशन (रैपिड फोर्स कर्व-आधारित इमेजिंग में छूट) में नमूने के सापेक्ष जांच टिप का लंबवत आंदोलन पहनने की दर को कम करने के लिए खुद को उधार देता है, क्योंकि टिप पहनने का प्राथमिक मोड आमतौर पर स्कैनिंग मोड⁶⁰ के दौरान विकसित होने वाले कतरनी बल होते हैं। जैसे, नैनोइंडेंटेशन प्रयोगों में टिप वियर का प्राथमिक स्रोत प्रारंभिक जांच अंशांकन (विशेष रूप से, विक्षेपण संवेदनशीलता और टिप त्रिज्या माप) के बाद लेकिन नैनोइंडेंटेशन से पहले की गई कोई भी इमेजिंग है। इसलिए यह अनुशंसा की जाती है कि यदि सिलिकॉन या सिलिकॉन नाइट्राइड जांच का उपयोग किया जाता है, तो ऊपर वर्णित विधियों में से एक (जैसे, एसईएम विश्लेषण या बीटीआर) का उपयोग करके किसी भी टिप वियर की निगरानी और खाते के लिए प्रत्येक प्रयोग से पहले और बाद में टिप त्रिज्या की जांच की जानी चाहिए।

जांच सामग्री
हीरे की तरह कार्बन (डीएलसी)
डीएलसी-लेपित जांच युक्तियों या हीरे की युक्तियों के उपयोग के माध्यम से, टिप वियर को काफी कम किया जा सकता है या पूरी तरह से नकारा जा सकता^है। इन वैकल्पिक टिप सामग्रियों का बढ़ा हुआ पहनने का प्रतिरोध यांत्रिक गुणों के माप के लिए बहुत मोहक है, विशेष रूप से बहुत कठोर सामग्री का। यह दिखाया गया है कि डीएलसी जांच युक्तियां सामान्य सिलिकॉन जांच युक्तियों⁵⁴ की तुलना में पहनने के प्रतिरोध में 1,600 गुना वृद्धि दिखा सकती हैं। पहनने के प्रतिरोध में इस नाटकीय वृद्धि को कई कारकों के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है। सबसे पहले, डीएलसी (सी-सी और सी = सी) में मौजूद बॉन्ड और सिलिकॉन (एसआई-ओ, एसआई-सी) के साथ इसका इंटरफ़ेस किसी भी मौलिक जोड़े के सबसे मजबूत बॉन्ड में से कुछ हैं, और सिलिकॉन टिप्स में मौजूद सी-सी बॉन्ड की तुलना में बहुत मजबूत हैं। डीएलसी में घर्षण को कम करने का प्रभाव भी होता है, जो बदले में नोक के भीतर कतरनी तनाव को कम करता है, जिससे पहनने को कम किया जाता है। इसके अतिरिक्त, डीएलसी सतह रसायन विज्ञान एक सिलिकॉन टिप से अलग है, क्योंकि सिलिकॉन युक्तियां परिवेश आर्द्रता की स्थिति में ट्राइबोकेमिकल नक़्क़ाशी का अनुभव कर सकती हैं, जबकि डीएलसी युक्तियां नहीं करती हैं (या कम से कम प्राथमिक पहनने के मोड की तुलना में किसी भी सार्थक तरीके से ^{नहीं)।} डीएलसी-लेपित युक्तियों का प्राथमिक नकारात्मक पक्ष (मानक अनकोटेड सिलिकॉन युक्तियों के सापेक्ष बढ़ी हुई कीमत से परे) कोटिंग के कारण बढ़ी हुई टिप त्रिज्या है। अधिकांश डीएलसी जांच टिप त्रिज्या ≥30 एनएम हैं, जबकि गैर डीएलसी-लेपित युक्तियां⁶¹ त्रिज्या में 1-2 एनएम तक पहुंच सकती हैं। हालांकि, संपत्ति माप में त्रुटि को कम करने के लिए नैनोइंडेंटेशन प्रयोगों के लिए एक बड़ी टिप त्रिज्या अक्सर वांछनीय हो सकती है, क्योंकि जांच दोषों या विशिष्टताओं के कारण आदर्श क्षेत्र-गहराई फ़ंक्शन और वास्तविक क्षेत्र-गहराई फ़ंक्शन के बीच नैनोस्केल विसंगतियां, बड़े सापेक्ष त्रुटि के कारण छोटे त्रिज्या जांच के साथ किए गए मापों को असंगत रूप से प्रभावित करेंगी। इसके अलावा, इसके बेहतर पहनने के प्रतिरोध के बावजूद, डीएलसी कोटिंग अंततः धब्बे में घिस सकती है, जिससे उजागर सिलिकॉन कोर और शेष डीएलसी कोटिंग के बीच अंतर हो सकता है। दुर्भाग्य से, डीएलसी कोटिंग का पहनने का प्रतिरोध अकेले कोटिंग की वास्तविक कठोरता के बजाय सिलिकॉन टिप पर कोटिंग के आसंजन से भी सीमित हो सकता है।

हीरा
हीरा पृथ्वी पर सबसे कठिन और सबसे अधिक पहनने वाले प्रतिरोधी सामग्रियों में से एक के रूप में जाना जाता है। फिर भी, यह प्रदर्शित किया गया है कि टिप वियर 62 का पता लगाने के लिए जानबूझकर प्रयास में बड़े (⁶⁰ μN) बलों का उपयोग करते समय हीरे की युक्तियों में महत्वपूर्ण पहनने अभी भी हो सकते हैं। इसके विपरीत, सामान्य नैनोइंडेंटेशन और इमेजिंग परिदृश्यों में जहां नोक पर लगाए गए बल बहुत कम होते हैं, डायमंड टिप वियर का कोई कठोर अध्ययन नहीं हुआ है। हालांकि, जैसा कि चित्र 8 ई, एफ में देखा गया है, 6 महीने बाद एक ही टिप लक्षण वर्णन नमूने पर समान परिस्थितियों में एक ही हीरे की जांच टिप के बीटीआर मॉडलिंग ने लगभग अप्रभेद्य टिप आकार मॉडल उत्पन्न किए (यानी, पहनने का कोई स्पष्ट सबूत नहीं)। पहली और दूसरी बीटीआर छवियों के बीच, प्रोब का उपयोग हजारों नैनोइंडेंट ्स करने के लिए किया गया था और लकड़ी (लोब्लोली पाइन), शेल, अत्यधिक आदेशित पाइरोलाइटिक ग्रेफाइट (एचओपीजी), और विभिन्न ग्राफीन पतली फिल्मों सहित विभिन्न प्रकार की कठोर सामग्रियों (ई > 15 जीपीए) की इमेजिंग करते समय सैकड़ों लाखों टिप-सैंपल इंटरैक्शन से गुजरना पड़ा। गौरतलब है कि अनुमानित टिप त्रिज्या चित्रा 8 ई, एफ में दो छवियों के बीच ~ 1 एनएम से बदल गई, जो बीटीआर विधि की त्रुटि⁶³ के भीतर अच्छी तरह से है। जबकि एक पूर्ण अध्ययन नहीं है, यह तुलना सामान्य प्रयोगात्मक नैनोइंडेंटेशन (और यहां तक कि इमेजिंग) स्थितियों के तहत हीरे की जांच के उत्कृष्ट स्थायित्व को प्रदर्शित करती है। हीरे की युक्तियों (महंगी अप-फ्रंट लागत से परे) के उपयोग से जुड़ी प्रमुख कमियां बढ़ी हुई टिप त्रिज्या और, कुछ मायनों में अधिक चिंता का विषय हैं, अधिकांश व्यावसायिक रूप से उपलब्ध हीरे की युक्तियों के क्यूब कॉर्नर ज्यामिति का कम पहलू अनुपात। चित्र 11 ए, बी 8 एनएम की नाममात्र टिप त्रिज्या और ~ 19 ° के औसत आधे कोण के साथ एक तेज सिलिकॉन जांच के साथ प्राप्त बक्केन शेल नमूने के समान क्षेत्र की तुलनात्मक एएफएम छवियों को प्रस्तुत करता है, जिसमें 40 एनएम की नाममात्र टिप त्रिज्या और 47 ° के औसत साइड कोण के साथ डायमंड टिप जांच होती है। जब बढ़े हुए क्षेत्रों की तुलना की जाती है (चित्रा 11 सी, डी और चित्रा 11 ई, एफ), तो यह आसानी से स्पष्ट है कि डायमंड टिप प्रोब छवि के भीतर स्टीपर (उच्च पहलू अनुपात) सुविधाओं को हल करने और सटीक रूप से ट्रैक करने में असमर्थ है। इसके बजाय, जहां खड़ी विशेषताएं मौजूद हैं, टिप साइडवॉल ऊपरी किनारे के साथ संपर्क बनाता है और एएफएम सिस्टम अनिवार्य रूप से जांच के साइडवॉल को ट्रैक करता है जब तक कि टिप एंड फिर से सतह के साथ संपर्क नहीं करता है और सामान्य ट्रैकिंग फिर से शुरू होती है।

स्प्रिंग स्थिरांक/मापांक मिलान
जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, जांच कैंटिलीवर के स्प्रिंग स्थिरांक को मापा जाने के लिए लोचदार मोडुलिन की अपेक्षित सीमा से मेल खाना चाहिए। एक उपयुक्त जांच चुनने में सहायता के लिए, तालिका 3 ने अनुमानित नाममात्र कैंटिलीवर स्प्रिंग स्थिरांक प्रस्तुत किए हैं जो अनुमानित नमूना लोचदार मोडुलिन की चयनित विस्तृत श्रृंखला के लिए उपयुक्त हैं जो ~ 30-40 एनएम त्रिज्या जांच युक्तियों के मामले में ~ 30-40 एनएम त्रिज्या जांच युक्तियों के मामले में अक्सर नैनोइंडेंटेशन⁵² के लिए नियोजित होते हैं। लोअर स्प्रिंग कॉन्स्टेंट प्रोब (k < 0.1 N / m) कोशिकाओं जैसे नरम सामग्री (kPa रेंज) के लिए भी उपलब्ध हैं।

स्प्रिंग कॉन्स्टेंट (N/m)	अपेक्षित नमूना मापांक श्रेणी
0.25	≤ 15 एमपीए
5	5 - 500 एमपीए
40	200 – 8,000 (0.2 – 8 GPa)
200	1,000 - 50,000 (1 – 50 GPa)
450	10,000 - 100,000 (10 - 100 GPa)

तालिका 3: विभिन्न मापांक श्रेणियों को मापने के लिए आदर्श जांच स्प्रिंग स्थिरांक। कुछ एमपीए से 100 जीपीए तक अलग-अलग रेंज में लोचदार मोडुलिन के इष्टतम माप के लिए अनुमानित नाममात्र जांच स्प्रिंग स्थिरांक, ~ 30-40 एनएम⁵² की विशिष्ट जांच त्रिज्या मानते हुए।

वसंत स्थिरांक के अलावा, जैविक सामग्री के विशेष मामले में, क्षति से बचने के लिए इमेजिंग और नैनोइंडेंटेशन के दौरान लागू टिप त्रिज्या और बलों पर सावधानीपूर्वक विचार किया जाना चाहिए। प्रतिनिधि परिणाम अनुभाग में प्रस्तुत कोलेस्ट्रॉल युक्त लिपिड बाइलेयर के यांत्रिक गुणों के माप से जुड़े आवेदन उदाहरण में, लिपिड बाइलेयर में सफलता बल के विश्लेषण के लिए विशेष रूप से एक अपेक्षाकृत तेज (10 एनएम) टिप का उपयोग किया गया था। इसके विपरीत, यदि सामग्री आरओआई काफी बड़ा है (उदाहरण के लिए, जैसा कि कोशिकाओं और कोशिका नाभिक के लिए होता है) और पंचर की क्षमता के बारे में चिंता है, तो प्रतिनिधि परिणाम अनुभाग में आवेदन उदाहरणों में से एक में वर्णित एमएससी नाभिक पर कठोरता माप में उपयोग किए जाने वाले बड़े माइक्रोन-स्केल अर्धगोलाकार युक्तियां आदर्श हैं और नरम के लिए उत्कृष्ट परिणाम प्रदान करती हैं, नाजुक नमूने जैसे जीवित कोशिकाएं और पृथक नाभिक। कैन एट अल इस तरह^{के नमूनों के} लिए उच्चतम संभव माप संवेदनशीलता प्राप्त करने के लिए जांच त्रिज्या और वसंत स्थिरांक के इष्टतम संयोजन को चुनने के तरीके की गहन चर्चा प्रस्तुत करते हैं।

जांच अंशांकन
विक्षेपण संवेदनशीलता।
विक्षेपण संवेदनशीलता पीएसडी⁶⁵ पर वोल्टेज में मापा परिवर्तन से जेड-पीजो की गति (और इस प्रकार एक असीम कठोर सब्सट्रेट पर इंडेंटकरते समय कैंटिलीवर का विक्षेपण, छोटे विक्षेपण की सीमा में संचालन मानते हुए) से संबंधित है। विक्षेपण संवेदनशीलता (जिसे कभी-कभी व्युत्क्रम ऑप्टिकल लीवर संवेदनशीलता [InvOLS] के रूप में भी जाना जाता है) को nm/V या V/nm में रिपोर्ट किया जा सकता है। सबसे आम विक्षेपण संवेदनशीलता अंशांकन विधियों का अवलोकन नीचे दिया गया है।

कठोर सतह संपर्क
बीम बाउंस लेजर / एएफएम जांच / पीएसडी प्रणाली की विक्षेपण संवेदनशीलता निर्धारित करने के लिए सबसे आसान और सबसे लोकप्रिय तरीका "हार्ड सरफेस कॉन्टैक्ट" विधि⁶⁵ है। इसकी सादगी, एएफएम नियंत्रण सॉफ्टवेयर वर्कफ़्लो ज़ में एकीकरण में आसानी, और सीटू प्रकृति सभी हार्ड सतह संपर्क विधि की अपील और व्यापक उपयोग को जोड़ते हैं। इस विधि को लागू करने के लिए, एएफएम जांच टिप को कैंटिलीवर की तुलना में बहुत कठोर सामग्री के खिलाफ बढ़ाया जाता है। बल-विस्थापन वक्र के इन-कॉन्टैक्ट भाग का ढलान (एनएम या लागू वोल्टेज में जेड-पीजो आंदोलन के कार्य के रूप में पीएसडी पर ऊर्ध्वाधर विक्षेपण त्रुटि संकेत के वोल्ट के रूप में प्रदर्शित) तब विक्षेपण संवेदनशीलता देता है (चित्रा 3 ए)। एक कठोर सब्सट्रेट का उपयोग यह सुनिश्चित करता है कि सभी मापा विक्षेपण नमूना विरूपण और कैंटिलीवर के विस्थापन की जटिलता के बजाय कैंटिलीवर झुकने से उत्पन्न होता है। नरम कैंटिलीवर (उदाहरण के लिए, k < 10 N / m) के मामले में, सिलिकॉन (E ≈ 170 GPa) ²⁷ या अभ्रक¹⁷ आसानी से सुलभ और आसानी से उपयोग की जाने वाली सामग्री हैं (या वैकल्पिक रूप से ग्लास, E≈ 70 GPa, या माइक्रोस्कोप स्लाइड या पेट्री डिश पर स्थिर कोशिकाओं के मामले में उपयुक्त रूप से कठोर प्लास्टिक), जबकि कठोर कैंटिलीवर के लिए, जैसे कि कुछ नैनोइंडेंटेशन प्रयोगों के लिए उपयोग किए जाते हैं (उदाहरण के लिए, k > 200 N / m; तालिका 3), नीलम (ई≈ 345 जीपीए) ^26,66 का उपयोग यह सुनिश्चित करने के लिए किया जा सकता है कि कोई नमूना विरूपण नहीं होता है। क्योंकि यह विधि बल-विस्थापन माप पर निर्भर है, एएफएम स्कैनर के जेड-पीज़ो को या तो एक बंद लूप ऊंचाई सेंसर को नियोजित करना चाहिए या विभिन्न प्रकार के ऊंचाई मानकों का उपयोग करके अच्छी तरह से कैलिब्रेट किया जाना चाहिए (यदि खुले लूप मोड में काम कर रहा है)। कठोर सतह संपर्क विधि में त्रुटि के लिए सबसे बड़ा योगदानकर्ता थर्मल उतार-चढ़ाव के कारण कैंटिलीवर पर लेजर स्पॉट का आंदोलन है। कैंटिलीवर के तापमान में परिवर्तन आमतौर पर डिटेक्शन लेजर के कारण होता है, हालांकि आसपास के इलेक्ट्रॉनिक्स में जूल हीटिंग भी योगदान दे सकता है। कैंटिलीवर और परिवेशी हवा के बीच 6 डिग्री सेल्सियस के समग्र तापमान अंतर की सूचना दी गई है, जिससे कई माइक्रोन⁶⁷ के लेजर स्पॉट शिफ्ट हो सकते हैं। किसी भी हीटिंग के लिए, प्रारंभिक लेजर स्पॉट संरेखण के बाद ≥30 मिनट इंतजार करने की सलाह दी जाती है ताकि कैंटिलीवर को सर्वोत्तम और सबसे सटीक परिणामों के लिए अपने परिवेश के साथ थर्मल संतुलन में आने की अनुमति मिल सके। दृष्टिकोण की ढलानों का औसत निकालना और प्रत्येक संवेदनशीलता माप के लिए वक्रों को वापस लेना किसी भी टिप घर्षण या स्लाइडिंग प्रभाव के लिए जिम्मेदार होगा और^{यदि संभव हो} तो इसे अधिनियमित किया जाना चाहिए। इसके अतिरिक्त, कई संवेदनशीलता मापों में औसत माप की विश्वसनीयता और प्रजनन क्षमता को मापने में मदद करेगा। अच्छी संवेदनशीलता माप के परिणामस्वरूप ≤1% का विचलन होना चाहिए और अंशांकन^की प्रभावशीलता को अधिकतम करने के लिए अपेक्षित प्रयोगात्मक नैनोइंडेंट के लगभग समान विक्षेपण पर प्रदर्शन किया जाना चाहिए। हार्ड सतह संपर्क विधि का प्रमुख दोष यह है कि अंशांकन के लिए आवश्यक शारीरिक संपर्क संभावित रूप से नाजुक सिलिकॉन युक्तियों को नुकसान पहुंचा सकता है (उदाहरण के लिए, डबल टिप जैसे टिप कलाकृतियों का सुस्त या निर्माण)।

थर्मल शोर विधि
विक्षेपण संवेदनशीलता को निर्धारित करने की थर्मल शोर विधि के लिए कैंटिलीवर स्प्रिंग स्थिरांक के पूर्व अंशांकन और कैंटिलीवर⁶⁷ के थर्मल शोर स्पेक्ट्रम को मापने की क्षमता की आवश्यकता होती है। थर्मल शोर विधि को अक्सर आधुनिक एएफएम नियंत्रण सॉफ्टवेयर में एकीकृत किया जाता है और वसंत स्थिरांक और विक्षेपण संवेदनशीलता दोनों के त्वरित विश्लेषण और गणना के लिए सैडर विधि (नीचे देखें) के साथ मिलकर इस्तेमाल किया जा सकता है। हालांकि, कंपन आयाम में कमी के कारण कठोर (के > 10 एन / एम) कैंटिलीवर पर थर्मल शोर विधि का उपयोग करना मुश्किल या असंभव हो सकता है। इसके अतिरिक्त, थर्मल शोर विधि की रिपोर्ट की गई सापेक्ष अनिश्चितता 70 से ऊपर वर्णित कठोर सतह संपर्क विधि की तुलना में काफी बड़ी है, ~²⁰%। इस तकनीक का उपयोग नहीं किया जा सकता है यदि नीचे वर्णित वसंत स्थिरांक को निर्धारित करने के लिए थर्मल ट्यून^{विधि को नियोजित} किया जा रहा है।

वसंत स्थिरांक।
कैंटिलीवर स्प्रिंग स्थिरांक को मापने के लिए स्वर्ण मानक लेजर डॉपलर वाइब्रोमेट्री (एलडीवी) है, और अब कई व्यावसायिक रूप से उपलब्ध जांच हैं जो प्रत्येक व्यक्तिगत जांच के लिए निर्माता द्वारा प्रदान की गई एलडीवी-व्युत्पन्न स्प्रिंग निरंतर अंशांकन जानकारी के साथ आती हैं ( सामग्री की तालिका देखें)। हालांकि, जबकि कैंटिलीवर स्प्रिंग स्थिरांक का सटीक माप मात्रात्मक नैनोमैकेनिकल माप के लिए एक पूर्ण आवश्यकता है, गैर-कैलिब्रेटेड जांच के लिए विशिष्ट प्रयोगशाला में ऐसा करने के व्यावहारिक तरीके व्यापक रूप से विविध हैं और कुछ हद तक जटिल हो सकते हैं। जैसे, दो सबसे आम ऑन-साइट स्प्रिंग निरंतर अंशांकन विधियों का केवल एक संक्षिप्त अवलोकन यहां प्रदान किया गया है, जिसमें अधिक जानकारी के लिए परामर्श करने के लिए अतिरिक्त तरीकों और उपयुक्त साहित्य उद्धरणों की एक सूची है।

थर्मल ट्यून विधि
संभवतः आज के वाणिज्यिक एएफएम में उपलब्ध सबसे आम विधि, कैंटिलीवर स्प्रिंग स्थिरांक निर्धारित करने के लिए थर्मल ट्यून विधि कई प्रणालियों के लिए नियंत्रण सॉफ्टवेयर में बनाई गई है। जबकि कम कैंटिलीवर विक्षेपण का पता लगाने और सीमित इलेक्ट्रॉनिक्स बैंडविड्थ के कारण कठोर कैंटिलीवर (के > 10 एन / एम) के लिए आदर्श नहीं है, थर्मल ट्यून विधि को लागू करना अपेक्षाकृत आसान है और टिप ज्यामिति⁷¹ की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए मान्य है। थर्मल ट्यून विधि कैंटिलीवर के थर्मल शोर स्पेक्ट्रम के माप और फिटिंग का उपयोग करती है, इसके बाद कैंटिलीवर की संभावित ऊर्जा की गणना करने के लिए इक्विपार्टिशन प्रमेय का अनुप्रयोग होता है, जिसमें कैंटिलीवर को आम तौर पर एक साधारण हार्मोनिक ऑसिलेटर⁷² के रूप में मॉडलिंग किया जाता है। थर्मल ट्यून विधि में नरम जांच के लिए ~ 5% -10% की त्रुटि है और यह किसी भी कैंटिलीवर आकार^73,74 के लिए लागू है। अधिक विस्तृत जानकारी के लिए, इस खंड में उद्धृत संदर्भ देखें।

सैडर विधि
सडर विधि एक और विधि है जिसे अक्सर कई आधुनिक एएफएम^75,76,77 के नियंत्रण सॉफ्टवेयर में एकीकृत किया जाता है। सैडर विधि कैंटिलीवर द्वारा अनुभव किए गए हाइड्रोडायनामिक लोड का उपयोग करती है क्योंकि यह कैंटिलीवर स्प्रिंग स्थिरांक की गणना करने के लिए कैंटिलीवर के योजना दृश्य आयामों और गुणवत्ता कारक के साथ एक द्रव माध्यम (आमतौर पर हवा या पानी) में कंपन करती है। सैडर विधि कैंटिलीवर स्प्रिंग कॉन्स्टेंट⁷⁴ के लिए ~ 10% -15% की त्रुटि की ओर ले जाती है। "मूल विधि" 76,78, "सामान्य विधि" ⁷⁹, सामान्य विधि ⁷⁷ का विस्तार^, और उपकरण विशिष्ट प्रलेखन पर संबंधित कागजात अधिक विवरण प्रदान कर सकते हैं।

अन्य विधियाँ
एएफएम कैंटिलीवर के वसंत स्थिरांक को निर्धारित करने के लिए कई अन्य तरीके विकसित और कार्यान्वित किए गए हैं जो इस पेपर के दायरे से परे हैं। हालांकि इनमें से कोई भी विधि लागू करना आसान नहीं है या सैडर या थर्मल ट्यून अंशांकन विधियों के रूप में व्यापक है, उनमें से प्रत्येक के पास अद्वितीय फायदे और नुकसान हैं; उद्धृत साहित्य उनके आवेदन और कार्यान्वयन के बारे में विवरण प्रदान करता है। विशेष रूप से, सिकोरा कई वसंत निरंतर अंशांकन विधियों की एक उत्कृष्ट समीक्षा प्रदान करता है और विषय⁷² पर एक उत्कृष्ट संसाधन है। स्प्रिंग स्थिरांक निर्धारित करने के लिए अन्य तरीकों की एक गैर-संपूर्ण सूची में लेजर डॉपलर वाइब्रोमेट्री (एलडीवी) 73,74,80, माइक्रो-इलेक्ट्रिकल-मैकेनिकल सिस्टम (एमईएमएस) आधारित डिवाइस⁸¹, संदर्भ कैंटिलीवर^82,83, जोड़ा द्रव्यमान (गतिशील ⁷⁵ और स्थिर ⁸⁴ दोनों), सटीक संतुलन^85,86, विद्युत चुम्बकीय सक्रियता ⁸⁷ और परिमित तत्व विश्लेषण (एफईए) शामिल हैं। ^88,89.

टिप त्रिज्या
टिप त्रिज्या निर्धारित करने के सामान्य तरीकों में द्वितीयक इलेक्ट्रॉन एसईएम इमेजिंग और ब्लाइंड टिप पुनर्निर्माण विधि (बीटीआर) दोनों शामिल हैं।

एसईएम विश्लेषण
द्वितीयक इलेक्ट्रॉन एसईएम इमेजिंग 1 एनएम तक रिज़ॉल्यूशन प्रदान कर सकती है, जिससे पहनने की प्रगतिशील छवियों को सीधे और आसानी से तुलना की जा सकती है। एसईएम इमेजिंग के लिए एक नकारात्मक पक्ष यह है कि क्योंकि केवल अत्यधिक प्रयोगात्मक संयुक्त एएफएम-एसईएम^{उपकरण मौजूद हैं}, एएफएम जांच को आमतौर पर अनमाउंट किया जाना चाहिए और विश्लेषण के लिए एसईएम में ले जाया जाना चाहिए, जो समय लेने वाला और संभावित रूप से संदूषण के अधीन जांच के अधीन हो सकता है। एसईएम के लिए एक और नकारात्मक पक्ष यह है कि परिणामी छवि स्वाभाविक रूप से टिप का 2 डी प्रक्षेपण है, जिसमें कोई मात्रात्मक 3 डी जानकारी उपलब्ध नहीं है। तुलनात्मक परिणामों के सार्थक होने के लिए हर बार जांच को ठीक उसी अभिविन्यास में संरेखित करने के लिए सावधानी बरतनी चाहिए, क्योंकि इलेक्ट्रॉन बीम के घटना कोण में छोटे बदलाव भी जांच टिप के स्पष्ट आकार और आकार को बदल सकते हैं। अंत में, एसईएम इमेजिंग चार्जिंग प्रभाव और कार्बन संदूषण से ग्रस्त हो सकती है, जो छवि को धुंधला कर सकती है या क्रमशः जांच टिप में भौतिक परिवर्तन का कारण बन सकती है।

अंधा टिप पुनर्निर्माण
एसईएम के विपरीत, बीटीआर विधि एक सीटू तकनीक है जिसमें 3 डी टिप ज्यामिति को कई तेज (उच्च पहलू अनुपात) विशेषताओं वाले नमूने की इमेजिंग के आधार पर मॉडलिंग की जाती है जो जांच की त्रिज्या से बहुत छोटी होती है। यह विधि काम करती है क्योंकि एएफएम में, देखी गई छवि हमेशा जांच टिप आकार और नमूना सुविधा आकार का एक संक्रामक होती है, इसलिए असीम रूप से तेज के रूप में बेहद तेज विशेषताओं को मॉडलिंग करके, टिप आकार का अनुमान लगाया जा सकता है। दुर्भाग्य से, असीम रूप से तेज स्पाइक्स (यानी, सतह की विशेषताएं टिप त्रिज्या से बहुत छोटी) की धारणा के अलावा, बीटीआर तकनीक इमेजिंग शोर और स्कैनिंग मापदंडों से प्रभावित हो सकती है, इसलिए तुलनात्मक छवियों को बहुत समान इमेजिंग मापदंडों का उपयोग करके प्राप्त किया जाना चाहिए। इसके अतिरिक्त, क्योंकि टिप की कई "छवियों" का उपयोग इसकी ज्यामिति के पुनर्निर्माण के लिए किया जाता है, इसलिए टिप आकार की प्रत्यक्ष एक-से-एक व्युत्क्रम गणना असंभव है। इसकी प्रकृति के कारण, बीटीआर विधि केवल व्यावहारिक रूप से उपयोगकर्ता को टिप आकार⁶³ की ऊपरी सीमा के बारे में सूचित करने में सक्षम है, और बीटीआर विधि को लागू करने के लिए जांच की इमेजिंग का कार्य टिप वियर (जैसे, जांच टिप की सुस्त या चिपिंग) का कारण बन सकता है।

सापेक्ष अंशांकन।
कभी-कभी, एक विशेष जांच संपत्ति को आसानी से और सटीक रूप से मापा नहीं जा सकता है। उदाहरण के लिए, बैंडविड्थ और विक्षेपण^{सीमाओं के} कारण थर्मल ट्यून विधि के साथ कठोर कैंटिलीवर के स्प्रिंग स्थिरांक को मापना मुश्किल या असंभव है। जैसा कि ऊपर चर्चा की गई है, वसंत स्थिरांक को निर्धारित करने के लिए अन्य तरीके मौजूद हैं, लेकिन क्योंकि थर्मल ट्यून विधि कई आधुनिक एएफएम में एकीकृत है, इसे अक्सर सरल दैनिक उपयोग के लिए लागू किया जाता है। इसी तरह, पीएसडी पर लेजर आंदोलन के रूपांतरण के लिए प्रयोग से पहले विक्षेपण संवेदनशीलता को हमेशा जांचा जाना चाहिए। व्यावहारिक रूप से बोलते हुए, हालांकि, टिप त्रिज्या का माप सबसे अधिक समय लेने वाला अंशांकन कदम है, और जांच टिप को नुकसान पहुंचाने की सबसे अधिक संभावना है। यदि एसईएम या बीटीआर के माध्यम से टिप त्रिज्या को सीधे मापना संभव नहीं है, तो प्रभावी टिप त्रिज्या निर्धारित करने के लिए एक विकल्प के रूप में एक सापेक्ष अंशांकन प्रक्रिया का उपयोग किया जा सकता है, बशर्ते न्यूनतम सतह खुरदरापन (आदर्श रूप से परमाणु रूप से सपाट) के साथ एक मानक संदर्भ नमूना और अपेक्षित प्रयोगात्मक मापांक के करीब एक प्रसिद्ध मापांक उपलब्ध हो। सापेक्ष अंशांकन के लिए ऐसे आदर्श संदर्भ मानकों के उदाहरणों में मस्कोवाइट अभ्रक 17,92,93,94,95 और एचओपीजी ⁹⁶ शामिल हैं, लेकिन केपीए से एमपीए रेंज में मोडुलिन के साथ नरम नमूनों के लिए उपयुक्त संदर्भ मानकों की पहचान करने में कठिनाई को उजागर करने के लिए भी काम करते हैं। सापेक्ष अंशांकन करने के लिए, पहले विक्षेपण संवेदनशीलता को मुख्य प्रोटोकॉल में वर्णित के रूप में कैलिब्रेट किया जाना चाहिए। दूसरा, जांच के लिए नाममात्र वसंत स्थिरांक को इनपुट किया जाना चाहिए (आमतौर पर जांच के साथ आपूर्ति की जाती है) या ऊपर वर्णित विधियों में से एक के माध्यम से मापा जाना चाहिए। तीसरा चरण उचित मापदंडों का उपयोग करके मापांक संदर्भ मानक नमूना सतह पर इंडेंटेशन है। अंत में, एकत्र किए गए एफ-डी वक्र डेटा का विश्लेषण किया जाना चाहिए और टिप त्रिज्या पैरामीटर को तब तक समायोजित किया जाना चाहिए जब तक कि प्रयोगात्मक रूप से मापा गया कम मापांक अपेक्षित कम मापांक से मेल न खाए। संदर्भ नमूने पर प्राप्त औसत विरूपण गहराई पर ध्यान दिया जाना चाहिए, क्योंकि अंशांकन के लिए रुचि के प्रयोगात्मक नमूने पर इंडेंटकरते समय इस गहराई को बनाए रखा जाना चाहिए। अब, रुचि के नमूने पर इंडेंटेशन हो सकता है, मापांक मानक संदर्भ सामग्री पर प्राप्त विरूपण गहराई से मेल खाने के लिए रैंप मापदंडों को समायोजित करना।

सापेक्ष अंशांकन विधि का एक लाभ यह है कि यह विक्षेपण संवेदनशीलता, स्प्रिंग स्थिरांक और टिप त्रिज्या⁵² के गलत अंशांकन के कारण संभावित संचित त्रुटियों से बचता है। इसके अतिरिक्त, यह शायद बीटीआर विधि की तुलना में जांच को नुकसान पहुंचाने की थोड़ी तेज और कम संभावना है। सापेक्ष अंशांकन विधि की सबसे बड़ी कमियां हैं: 1) एनएम- से एंगस्ट्रॉम-स्केल सतह खुरदरापन और प्रसिद्ध यांत्रिक गुणों के साथ एक उच्च गुणवत्ता वाले संदर्भ नमूने की आवश्यकता जो प्रयोगात्मक नमूने के समान जांच के साथ विश्लेषण किया जा सकता है, और 2) अंशांकन के लिए संदर्भ और प्रयोगात्मक नमूने दोनों पर समान या बहुत समान विरूपण गहराई प्राप्त करने की आवश्यकता। तदनुसार, यदि संभव हो तो टिप त्रिज्या को सीधे मापना बेहतर है।

डेटा विश्लेषण
मापा एफ-डी वक्रों से नमूने के यांत्रिक गुणों को निर्धारित करने के लिए उपयोग की जाने वाली विश्लेषण विधि नैनोइंडेंटेशन डेटा की गुणवत्ता के रूप में ही महत्वपूर्ण है। कई सामान्य संपर्क मैकेनिक सिद्धांत हैं जो अलग-अलग अंतर्निहित मान्यताओं के आधार पर बल-विस्थापन संबंधों को मॉडल करते हैं (और इसलिए, विभिन्न परिदृश्यों में लागू होते हैं)। इन संपर्क यांत्रिकी मॉडल में हर्ट्ज 97, स्नेडन²⁸, जेकेआर (जॉनसन, केंडल और रॉबर्ट्स) ⁹⁸, डीएमटी (डेरजागुइन, मुलर और टोपोरोव)^35,99, एमडी (मौगिस-डगडेल) 100, और एमवाईडी (मुलर, युशचेंको और डेरजागुइन) ^101,102 शामिल हैं। विभिन्न संपर्क यांत्रिकी मॉडल और विश्लेषण के लिए उनके आवेदन का गहन विश्लेषण और तुलना कहीं और प्रस्तुत की गई है 29,30,103,104. हालांकि यह इस पेपर के दायरे से परे है, तालिका 4 कुछ सबसे आम संपर्क यांत्रिकी मॉडल का एक संक्षिप्त अवलोकन प्रदान करता है। विशेष रूप से ध्यान दें, जेकेआर, डीएमटी और अन्य जैसे अधिक जटिल मॉडल टिप-नमूना आसंजन 30,35,98,99,100,101,102,103,104 के प्रभावों को शामिल करते हैं^, जो महत्वपूर्ण हो सकते हैं और अक्सर बल वक्र में नकारात्मक विक्षेपण की उपस्थिति से आसानी से पहचाने जा सकते हैं (चित्र 3 देखें)।). व्यवहार में, चुने हुए विश्लेषण मॉडल का उपयोग एकत्र किए गए एफ-डी डेटा को फिट करने और यांत्रिक गुणों को निर्धारित करने के लिए किया जाता है, जैसे कि लोचदार मापांक। डेटा को ठीक से फिट करने के लिए, प्रारंभिक संपर्क बिंदु या एक प्रभावी संपर्क बिंदु निर्धारित करने के लिए एक फ्लैट बेसलाइन आवश्यक है जो मॉडल के सबसे बड़े सहसंबंध के साथ प्रयोगात्मक डेटा के हिस्से को फिट करता है।

सिद्धांत	प्रयोज्यता	मान्यताओं	सीमाओं
हर्ट़	सरल; अक्सर तरल पदार्थ में नमूने के लिए उपयोग किया जाता है।	कोई आसंजन नहीं।	उन प्रणालियों के लिए अमान्य जिनमें चिपकने वाले बल मौजूद हैं।
- डेरजागुइन-मुलर-टोपोरोव (डीएमटी)	छोटे विकृतियों के साथ कठोर।	संपर्क क्षेत्र में छोटी दूरी के आसंजन और संपर्क क्षेत्र के बाहर लंबी दूरी के आसंजन।	प्रतिबंधित ज्यामिति संपर्क क्षेत्र के कम आकलन का कारण बन सकती है।
जॉनसन-केंडल-रॉबर्ट्स (जेकेआर)	बड़ी विकृतियों के साथ नरम।	केवल संपर्क क्षेत्र में छोटी दूरी के चिपकने वाले बल।	आसंजन के कारण भार को कम कर सकते हैं।
मौगिस - डगडेल (एमडी)	यह सामान्य समाधान अन्य चिपकने वाले मॉडल को कवर करता है।	टिप-नमूना इंटरफ़ेस एक दरार के रूप में मॉडलिंग किया गया।	पैरामीट्रिक समीकरणों से जुड़े विश्लेषणात्मक समाधान।

तालिका 4: सामान्य संपर्क यांत्रिकी मॉडल। प्रयोज्यता, मान्यताओं और सीमाओं के साथ चयनित सामान्य संपर्क यांत्रिकी मॉडल।

एफ-डी वक्रों का विश्लेषण करने के लिए ऊपर उल्लिखित मॉडलों के व्यावहारिक अनुप्रयोग के लिए कंप्यूटर सॉफ्टवेयर के उपयोग की आवश्यकता होती है ताकि कम समय में हजारों या लाखों वक्रों के बड़े पैमाने पर बैच प्रसंस्करण को सक्षम किया जा सके और परिणामों पर सांख्यिकीय विश्लेषण किया जा सके। इन-हाउस लिखित कोड का उपयोग अक्सर एफ-डी डेटा के विश्लेषण में किया जाता है, और विभिन्न एएफएम निर्माता सॉफ्टवेयर पैकेज भी प्रदान करते हैं। हालांकि, इसकी ओपन-सोर्स प्रकृति, उपयोग में आसानी और विस्तृत पूरक जानकारी के कारण, लेखक AtomicJ²³ के उपयोग की सलाह देते हैं। कार्यक्रम ऊपर वर्णित किसी भी सिद्धांत के साथ-साथ कई अन्य का उपयोग करके एफ-डी डेटा के सरल और सटीक विश्लेषण की अनुमति देता है। क्योंकि कोड खुला स्रोत है, इसलिए स्क्रैच से जटिल कोड बनाने की आवश्यकता के बिना विशिष्ट उपयोग-मामलों के लिए हेरफेर और अनुकूलित करना आसान है। AtomicJ सॉफ्टवेयर पैकेज पर गहराई से जानकारी के लिए Hermanovicz et ^al.23 देखें।

अंत में, जांच के सावधानीपूर्वक अंशांकन के माध्यम से, एक नमूना सतह पर एएफएम जांच टिप द्वारा लागू संपर्क क्षेत्र और बल को नैनोस्केल यांत्रिक गुणों, विशेष रूप से लोचदार मापांक के निर्धारण को सक्षम करने के लिए परिमाणित किया जा सकता है। नरम और कठोर दोनों नमूनों पर हवा या तरल पदार्थ में एएफएम कैंटिलीवर-आधारित नैनोइंडेंटेशन को सफलतापूर्वक लागू करने के लिए सर्वोत्तम प्रथाओं को उजागर करने वाले एक सामान्यीकृत प्रोटोकॉल, केपीए से जीपीए तक के लोचदार मोडुलिन के साथ, प्रदान किए गए प्रतिनिधि उदाहरणों के साथ प्रस्तुत किया गया है। जांच चयन (नमूना सतह खुरदरापन, फीचर आकार, जांच पहलू अनुपात और टिप वियर सहित), जांच अंशांकन, और डेटा विश्लेषण (संपर्क यांत्रिकी मॉडल और माप आंकड़ों सहित) जैसे महत्वपूर्ण विचारों पर चर्चा की गई है। अंत में, एएफएम-व्युत्पन्न नैनोमैकेनिकल मानचित्रों के सह-स्थानीयकरण को एसईएम / ईडीएस जैसी रचनात्मक जानकारी प्रदान करने वाली अन्य लक्षण वर्णन तकनीकों के साथ-साथ तकनीक के अतिरिक्त सहक्रियात्मक अनुप्रयोगों के उदाहरण प्रदान करने के लिए एएफएम कैंटिलीवर-आधारित नैनोइंडेंटेशन के माध्यम से लोचदार मापांक (यानी, लिपिड बाइलेयर टूटना बल) के अलावा एक नैनोमैकेनिकल संपत्ति के माप का एक उदाहरण प्रदर्शित किया गया है। एक साथ लिया गया, यहां दिए गए उदाहरण ों और चर्चा को लगभग किसी भी नमूना प्रकार के यांत्रिक गुणों को मापने के लिए एएफएम कैंटिलीवर-आधारित नैनोइंडेंटेशन को नियोजित करने की मांग करने वाले शोधकर्ताओं के लिए एक प्रवेश बिंदु प्रदान करना चाहिए।

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Atomic force microscope	Bruker	Dimension Icon	Uses Nanoscope control software, including PeakForce Quantitative Nanomechanical Mapping (PF-QNM), FastForce Volume (FFV), and Point-and-Shoot Ramping experimental workspaces
AtomicJ	American Institute of Physics	https://doi.org/10.1063/1.4881683	Flexible, powerful, free open source Java-based force curve analysis software package. Supports numerous contact mechanic models, such as Hertz, Sneddon DMT, JKR, Maugis, and cone or pyramid (including blunt and truncated). Also includes a variety of initial contact point estimation methods to choose from. Supports batch processing of data and subsequent statistical analysis (e.g., averages, standard deviations, histograms, goodness of fit, etc.). Literature citation is: P. Hermanowicz, M. Sarna, K. Burda, and H. Gabry, “AtomicJ: An open source software for analysis of force curves” Rev. Sci. Instrum. 85: 063703 (2014), https://doi.org/10.1063/1.4881683
Buffer solution (PBS)	Fisher Chemical (NaCl), Sigma Aldrich (KCl), Fisher BioReagents (Na2HPO4 and KH2PO4)	S271 (>99% purity NaCl), P9541 (>99% purity KCl), BP332(>99% purity Na2HPO4), BP362 (>99% purity KH2PO4)	Phosphate buffered saline (PBS) was prepared in the laboratory as an aqueous solution consisting of 137 mM NaCl, 2.7 mM KCl, 10 mM Na2HPO4, and 1.8 mM KH2PO4 dissolved in ultrapure water. Reagents were measured out using an analytical balance, and glassware was cleaned with soap and water followed by autoclaving immediately prior to use.
Chloroform
Diamond tip AFM probe	Bruker	PDNISP	Pre-mounted factory-calibrated cube corner diamond (E = 1140 GPa) tip AFM probe (nominal R = 40 nm) with a stainless steel cantilever (nominal k = 225 N/m, f0 = 50 kHz). Spring constant is measured at the factory (k = 256 N/m for the probe, Serial #13435414, used here) and calibration data (including AFM images of indents showing probe geometry) is provided with the probe.
Diamond ultramicrotome blade	Diatome	Ultra 35°	2.1 mm width. Also used a standard glass blade for intial rough cut of sample surface before transitioning to diamond blade for final surface preparation
Epoxy	Gorilla Glue	26853-31-6	Epoxy resin and hardner were mixed in a 1:1 ratio, a small drop was placed on a stainless steel sample puck (Ted Pella), and V1 grade muscovite mica (Ted Pella) was attached to create an atomically flat surface for preparation of phospholipid membranes.
Ethanol
LR white resin, medium grade (catalyzed)	Electron Microscopy Sciences	14381	500 mL bottle, Lot #150629
Mesenchymal stem cells (MSCs)	N/A	N/A	MSCs for nanomechanical studies were primary cells harvested from 8-10 week old male C57BL/6 mice as described in Goelzer, M. et al. "Lamin A/C Is Dispensable to Mechanical Repression of Adipogenesis" Int J Mol Sci 22: 6580 (2021) doi:10.3390/ijms22126580 and Peister, A. et al. "Adult stem cells from bone marrow (MSCs) isolated from different strains of inbred mice vary in surface epitopes, rates of proliferation, and differentiation potential" Blood 103: 1662-1668 (2004), doi:10.1182/blood-2003-09-3070.
Modulus standards	Bruker	PFQNM-SMPKIT-12M	Used HOPG (E = 18 GPa) and PS (E = 2.7 GPa). Also contains 2x PDMS (Tack 0, E = 2.5 MPa; Tack 4, E = 3.5 MPa), PS-LDPE (E = 2.0/0.2 GPa), fused silica (E = 72.9 GPa), sapphire (E - 345 GPa), and tip characterization (titanium roughness) sample. All samples come pre-mounted on a 12 mm diameter steel disc (sample puck).
Muscovite mica	Ted Pella	50-12	12 mm diameter, V1 grade muscovite mica
Nanscope Analysis	Bruker	Version 2.0	Free AFM image processing and analysis software package, but designed for, and proprietary/limited to Bruker AFMs; similar functionality is available from free, platform-independent AFM image processing and analysis software packages such as Gwyddion, WSxM, and others. Has built-in capabilities for force curve analysis, but AtomicJ is more flexible/full featured (e.g., more built-in contact mechanics models to choose from, statistical analysis of force curve fitting results, etc.) for force curve analysis and handles batch processing of force curves.
Phospholipids: POPC, Cholesterol (ovine)	Avanti Polar Lipids	POPC: CAS # 26853-31-6, Cholesterol: CAS # 57-88-5	POPC lipid dissolved in chloroform (25 mg/mL) was obtained from vendor and used without further purification. Cholesterol powder from the same vendor was dissolved in chloroform (20 mg/mL).
Probe holder (fluid, lipid bilayers)	Bruker	MTFML-V2	Specific to the particular AFM used; MTFML-V2 is a glass probe holder for scanning in fluid on a MultiMode AFM.
Probe holder (fluid, MSCs)	Bruker	FastScan Bio Z-scanner	Used with Dimension FastScan head (XY flexure scanners). Serial number MXYPOM5-1B154.
Probe holder (standard, ambient)	Bruker	DAFMCH	Specific to the particular AFM used; DAFMCH is the standard contact and tapping mode probe holder for the Dimension Icon AFM, suitable for nanoindentation (PF-QNM, FFV, and point-and-shoot ramping)
Sample Puck	Ted Pella	16218	Product number is for 15 mm diameter stainless steel sample puck. Also available in 6 mm, 10 mm, 12 mm, and 20 mm diameters at https://www.tedpella.com/AFM_html/AFM.aspx#anchor842459
Sapphire substrate	Bruker	PFQNM-SMPKIT-12M	Extremely hard surface (E = 345 GPa) for measuring deflection sensitivity of probes (want all of the deflection to come from the probe, not the substrate). Part of the PF-QNM/modulus standards kit.
Scanning electron microscope	Hitachi	S-3400N-II	Located at Boise State. Used to perform co-localized SEM/EDS on all samples except additively manufactured (AM) Ti-6Al-4V.
Silicon AFM probes (standard)	NuNano	Scout 350	Standard tapping mode silicon probe with reflective aluminum backside coating; k = 42 N/m (nominal), f0 = 350 kHz. Nominal R = 5 nm. Also available uncoated or with reflective gold backside coating. Probes with similar specifications are available from other manufacturers (e.g., Bruker TESPA-V2).
Silicon AFM probes (stiff)	Bruker	RTESPA-525, RTESPA-525-30	Rotated tip etched silicon probes with reflective aluminum backside coating; k = 200 N/m (nominal), f0 = 525 kHz. Nominal R = 8 nm for RTESPA-525, R = 30 nm for RTESPA-525-30. Spring constant of each RTESPA-525-30 is measured individually at the factory via laser Doppler vibrometry and supplied with the probe.
Silicon carbide grit paper (abrasive discs)	Allied	50-10005	120 grit
Silicon nitride AFM probes (soft, large radius hemispherical tip)	Bruker	MLCT-SPH-5UM, MLCT-SPH-5UM-DC	Also MLCT-SPH-1UM-DC. New product line of factory-calibrated (probe radius and spring constants of all cantilevers) large radius (R = 1 or 5 mm) hemispherical tip (at the end of a 23 mm long cylindrical shaft) probes. DC = drift compensation coating. 6 cantilevers/probe (A-F). Nominal spring constants: A, k = 0.07 N/m; B, k = 0.02 N/m; C, k = 0.01 N/m; D, k = 0.03 N/m; E, k = 0.1 N/m; F, k = 0.6 N/m.
Silicon nitride AFM probes (soft, medium sharp tip)	Bruker	DNP	4 cantilevers/probe (A-d). Nominal spring constants: A, k = 0.35 N/m; B, k = 0.12 N/m; C, k = 0.24 N/m; D, k = 0.06 N/m. Nominal radii of curvature, R = 10 nm.
Silicon nitride AFM probes (soft, sharp tip)	Bruker	ScanAsyst-Air	Nominal values: resonance frequency, f0 = 70 kHz; spring constant, k = 0.4 N/m; radius of curvature, R = 2 nm. Designed for force curve based AFM imaging.
Superglue	Henkel	Loctite 495	Cyanoacrylate based instant adhesive. Lots of roughly equivalent products are readily available.
Syringe pump	New Era Pump Systems	NE1000US	One channel syringe pump system with infusion and withdrawal capacity
Tip characterization standard	Bruker	PFQNM-SMPKIT-12M	Titanium (Ti) roughness standard. Part of the PF-QNM/modulus standards kit.
Ultrahigh purity nitrogen (UHP N2), 99.999%	Norco	SPG TUHPNI - T	T size compressed gas cylinder of ultrahigh purity (99.999%) nitrogen for drying samples
Ultramicrotome	Leica	EM UC6	Equipped with a glass blade (standard, for intial sample preparation) and a diamond blade (for final preparation)
Ultrapure water	Thermo Fisher	Barnstead Nanopure Model 7146	Model has been discontinued, but equivalent products are available. Produces ≥18.2 MΩ*cm ultrapure water with 1-5 ppb TOC (total organic content), per inline UV monitoring. Includes 0.2 µm particulate filter, ion exchange columns, and UV oxidation chamber.
Variable Speed Grinder	Buehler	EcoMet 3000	Used with silicon carbide grit papers during hand polishing.
Vibration isolation table (active)	Herzan	TS-140	Used with Bruker MultiMode AFM. Sits on a TMC 65-531 vibration isolation table. Bruker Dimension Icon AFM utilizes strictly passive vibration isolation (comes from manufacturer with custom acoustic hood, air table, and granite slab).
Vibration isolation table (passive)	TMC	65-531	35" x 30" vibration isolation table with optional air damping (disabled). Used with Bruker MultiMode AFM. Herzan TS-140 "Table Stable" active vibration control table is located on top.