הדמיה ברזולוציה משנה ננומטר עם מיקרוסקופית כוח אטומי משרעת אפנון בנוזל

המטרה הכוללת של הליך זה היא להשיג הדמיה ברזולוציה הגבוהה ביותר האפשרית בנוזל, עם AFM מסחרי המופעל ואפנון משרעת, הידוע גם בשם מצב הקשה. שיטה זו עוזרת לדחוף את הגבול של פעולת AFM סטנדרטית בנוזל, על ידי שימוש בשילוב הטוב ביותר של פרמטרים לרזולוציה גבוהה. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא שניתן להשתמש בה עם רוב ה-AFM המסחריים, וככזו היא אינה דורשת ציוד מיוחד.

השיטה המוצגת כאן מיועדת למדענים וטכנאים שכבר יש להם ידע בסיסי ב-AFM, אך היו רוצים להפיק יותר מהטכניקה. שיטה זו אינה מכוונת לסוג מסוים של דגימה, וניתן ליישם אותה באופן נרחב על דגימות מפיזיקה, ביולוגיה, כימיה, חומרים ומדעי השירות. בדרך כלל, אנשים חדשים בטכניקה זו יתקשו, מכיוון שהיא דורשת סבלנות מסוימת כדי למצוא את הפרמטרים הטובים ביותר עבור דגימה נתונה.

באת' סוניקט את המכשירים, ואת הדיסק התומך במצע במים טהורים במיוחד. לאחר מכן איזופרופנול, ושוב מים טהורים במיוחד, כל אחד למשך 10 דקות. כאשר מכוונים לרזולוציה גבוהה, לכל זיהום עלולות להיות השלכות מזיקות.

ללבוש כפפות בכל עת, וודא שכל המשטחים או המכשירים שבאים במגע עם הדגימה, השלוחה או תא ה-AFM, מנוקים ביסודיות. לאחר סוניקציה, יבש כל אחד מהמכשירים ואת דיסק הדגימה תחת זרימת חנקן. השתמש בדיסק פלדה כתמיכה לנציץ, כדי לדמות יוני מתכת בודדים שנספגו.

נקו פיזית את המשטחים שלא ניתן לנקות באמצעות סוניקציה על ידי ניגובם ברקמות מוך נמוכות בשכבה אחת ספוגות במים טהורים במיוחד, איזופרופנול ומים טהורים במיוחד ברצף. הניחו למשטח להתייבש באוויר עד 30 דקות. לאחר מכן, הכינו כמות קטנה של דבק אפוקסי על ידי ערבוב יסודי של הריאגנטים, והניחו כ -10 מיקרוליטר של האפוקסי על דיסק דגימת הפלדה הנקי.

הניחו את מצע הנציץ על האפוקסי, והצמידו אותו לדיסק הפלדה על ידי הפעלת לחץ על המצע. אפשר לאפוקסי להתרפא במשך מספר שעות בטמפרטורה גבוהה בהתאם למפרט היצרן. לאחר מכן, לחץ בחוזקה פיסת סרט דבק ברוחב 2.5 ס"מ על המצע, כך שכל הפנים מכוסות, וקילף בצורה חלקה את השכבה העליונה.

חזור על תהליך זה פעמיים עד שלוש עד שהנציץ יהיה חלק במראה לעין. טבלו את שבב השלוחה באמבט של איזופרופנול ואחריו מים טהורים במיוחד כל אחד למשך 60 דקות. לאחר מכן, חשוף את הקצה לאור UV למשך עד חמש דקות על מנת להעדיף היווצרות אתרי לחות יציבים.

זמני חשיפת יתר ארוכים יותר עלולים לפגוע בקצה, או להגדיל את רדיוס העקמומיות שלו. הכנס את השלוחה למחזיק השלוחה של ה-AFM, ופיפטה 25 מיקרוליטר מנוזל ההדמיה על השלוחה והקצה כדי להרטיב מראש את המשטח. זה יפחית את המראה של בועות אוויר כאשר מתקרבים לדגימה.

ממיסים את דיסק הדגימה והמצע על שלב הדגימה ומוסיפים טיפה של נוזל ההדמיה לדגימה. לאחר מכן חבר את מחזיק השלוחה ל-AFM. הביאו את השלוחה והדגימה לקרבה כדי ליצור גשר נימי בין הנוזלים בקצה השלוחה לאלה שעל הדגימה.

השתמש בתוכנת AFM כדי ליישר את לייזר המדידה קרוב לקצה הקצה של השלוחה. לאחר מכן, מצא את תדירות המגורים של השלוחה מהפסגה הראשית בספקטרום התרמי שלה. אם הסטייה של השלוחה מכוילת, התאמת שיא המגורים למודל מתנד הרמוני פשוט מניבה את קבוע הקפיץ של השלוחה.

לאחר מכן, כוון את השלוחה על ידי מציאת תגובת המשרעת שלה כאשר היא מונעת חיצונית על פני טווח תדרים קרוב לתדר התהודה המזוהה בספקטרום התרמי. כוונן את משרעת ההנעה כך שמשרעת התנודה החופשית תהיה כחמישה ננומטרים. זה בדרך כלל מתאים ל-0.2-0.8 וולט ברוב ה-AFM.

לאחר מכן, כוונן את נקודת הגדרת המשרעת לכ- 80% מהמשרעת החופשית. לאחר מכן, הגדר את רווחי המשוב גבוהים יחסית. לאחר שווידאתם שלא מתרחשת חוסר יציבות או צלצול, הגדירו את קצב הסריקה הראשוני לכ-1 הרץ, ואת גודל הסריקה ל-10 ננומטר.

התחל את התקרבות הקצה אל פני השטח באמצעות תוכנת הבקרה AFM. הערך אם הקצה הגיע לפני השטח מבלי להתחיל לצלם על ידי שינוי קל של ערך נקודת ההגדרה. אם הקצה נמצא על פני השטח, ההשפעה על הרחבת אזור ה- ZPA צריכה להיות זניחה.

לאחר שהקצה הגיע לפני השטח, החזר את אזור ה-ZPA וכוונן מחדש את השלוחה. סביר להניח שתדירות התהודה תעבור לערך נמוך יותר עקב אינטראקציות דגימת קצה. כעת, שנה את נקודת ההגדרה לכ-80% מהמשרעת החופשית המכוונת החדשה, והפעל את השלוחה כדי לבצע סריקה של 10 על 10 ננומטר בריבוע של פני השטח במצב אפנון משרעת כדי לוודא שפרמטרי ההדמיה מתאימים.

בדוק שפרופילי המעקב והשחזור מונחים זה על גבי זה. אם לא, צמצם עוד יותר את נקודת ההגדרה ונסה להגדיל את הרווחים. אם התמונה הופכת רועשת, הורד את הרווחים.

חזור על הפעולה עם שטח גדול של 1 עד 5 מיקרומטר בריבוע של הדגימה, בתנאי שזה אפשרי. בדגימות רכות או ביולוגיות, הדבר עלול לגרום לזיהום הקצה. הקטן את גודל הסריקה לערך המתאים להמחשת התכונות המעניינות.

זה יכול להיות נמוך עד 20 על 20 ננומטר. לאחר מכן, צמצם את משרעת ההנעה של השלוחה מספיק כדי שלולאת המשוב תמשוך אוטומטית את אזור ה-ZPA, ותשפר את הקצה מהמשטח. בזמן שהשלוחה רחוקה מהמשטח, כוונן את משרעת הדחיפה כך שמשרעת השלוחה תהיה 1 עד 2 ננומטר שיא לשיא.

צמצם בהדרגה את נקודת ההגדרה בצעדים קטנים, עד שאזור ZPA מתרחב שוב לכיוון פני השטח והתמונה המקורית משוחזרת. שמור על משרעת נקודת ההגדרה בין 75% ל-95% מהמשרעת החופשית החדשה. לאחר מכן, התאם מחדש את הרווחים, מכיוון שניתן להשתמש ברווחים גבוהים יותר באמפליטודות נמוכות יותר מבלי להכניס רעש משמעותי.

מטב את המערכת כדי למצוא את השילוב הטוב ביותר של משרעת חופשית, נקודת הגדרה ורווח לרזולוציה גבוהה. תנאי המערכת האופטימליים תלויים בדגימה, בתכונות ההרטבה של הנוזל וגם בשלוחה שבה נעשה שימוש. עבור ממשקים סולבופילים, השתמש בשלוחים עם קבוע קפיץ של 0.5 עד שני ניוטון למטר.

באמצעות טכניקה זו, התקבלו תמונות ברזולוציה תת-ננומטרית על פני מגוון רחב של דגימות. הדגימות הרכות המוצגות כאן כוללות שכבת שומנים, ממברנות סגולות מ-halobacterium salinarum, שכבה חד-שכבתית בהרכבה עצמית של דימולקולות אמפופיליות וגבישי אקוופורין מקרום עדשת בקר. בכל מקרה, התכונות המעניינות מודגשות.

אמפליטודות התנודה הקטנות ונקודות ההגדרה הגבוהות ממזערות את הכוח שמפעיל הקצה על הדגימה, ומאפשרות לדמות את ההרכבות העצמיות השבריריות של שומנים בשכבה הדו-שכבתית, חלבונים בביוממברנות מקומיות ומולקולות אמפופיליות בתמיסה ללא נזק. ניתן לדמות חומרים גבישיים קשים יותר, כגון קלציט, סטרונציום טיטניט, סיליקון קרביד ויוני מתכת בודדים הנספגים על משטח נציץ בגישה זו, מכיוון שבכל מקרה, נוזל הפנים הוא זה שמצולם ביעילות, ולא הגביש עצמו. לאחר שליטה, טכניקה זו מספקת רזולוציה ברמה מולקולרית או אטומית בנוזל כמעט בכל פעם שהיא מבוצעת כהלכה.

כאשר מנסים הליך זה, חשוב לזכור שמדובר בנוזל הפנים המצולם. המשמעות היא שימוש בתנאי הדמיה רכים. זיהום הקצה, הדגימה או הנוזל הוא בדרך כלל הגורם העיקרי לאי השגת רזולוציה גבוהה.

אם יש ספק, לרוב כדאי לנקות את כל המשטחים שבאים במגע עם הנוזל, ולעשות שימוש חוזר בתמיסות הדמיה. רעש חיצוני מזיק גם לרזולוציה גבוהה. רצפת רטט נמוכה, הרחק מתעלת אוורור עדיפה.

לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב כיצד לייעל את פרמטרי ההדמיה שלך כדי להשיג AFM ברזולוציה גבוהה. כמובן, כמו בכל טכניקה חדשנית, זה יכול לקחת כמה ניסיונות כדי להבין איך לצלם דגימה בצורה הטובה ביותר, אז סבלנות היא המפתח.