MIKROSKOPIE ATOMÁRNÍCH SIL – OPERAČNÍ MÓDY
Jakub Malohlava, Kateřina Tománková, Hana Kolářová
Ústav lékařské biofyziky, Lékařská fakulta Univerzita Palackého v Olomouci
Úvod
Mikroskopie atomárních sil (AFM) patří k moderním mikroskopickým technikám z oblasti mikroskopie skenující sondou. Rokem jejího vzniku se označuje rok 1986,
a během její téměř 30-ti leté historie došlo k značnému vývoji a rozšíření jejího použití. Její velkou předností je nanometrické rozlišení a možnost její aplikace na různá
prostředí.
Elegantnost AFM spočívá v jednoduchém principu. Základem měřící jednotky je ohebný nosník s velmi ostrým hrotem ve funkci rastrovací sondy, který interaguje
s povrchem vzorku. Působením meziatomárních sil dochází k ohybu nosníku, a tato změna je zaznamenávána, převážně pomocí laseru. Vzniká tak počítačem
rekonstruovaný obraz povrchu vzorku. Mezi důležité parametry patří vrcholový poloměr hrotu ovlivňující maximální rozlišení, štíhlost hrotu umožňující zobrazovat ostré
hrany, rozměry a tuhost nosníku. Dalšími důležitými prvky jsou přesný skenovací systém tvořený piezokeramikou a fotodektor rozdělený na čtyři částí.
Základní režimy
První a historicky nejstarší režim je kontaktní během něhož je hrot udržován v mechanickém
kontaktu s povrchem vzorku. Obraz se nejčastěji získává v módu konstantní síly, kdy se pomocí
zpětné vazby udržuje konstantní ohnutí nosníku.
Bezkontaktní režim je založen na vibracích nosníku nad povrchem.
Poklepový režim (tapping mód) je velmi podobný bezkontaktnímu. Opět dochází k oscilacím nosníku
během nichž se hrot dotýká povrchu. Výhodou poklepového režimu je působení větších sil na hrot,
použití v kapalných prostředích a působení menších laterálních sil.
Peak Force Tapping™
Je nový operační mód při mikroskopu BioScope™Catalyst™ firmy Bruker. Je založen na
poklepovém režimu. Kromě zobrazení povrchu vzorku poskytuje také informaci o jeho silovém
profilu. Jinak řečeno, v každém bodě obrazu proměřuje silové křivky (force-distance curves, FD
křivky), které mohou být využity k výpočtu různých mechanických vlastností jako je adheze či
Youngův modul pružnosti. Nosník však oproti poklepovému režimu kmitá s nižší než rezonanční
frekvencí, např. 2 kHz. To zajišťuje měření kompletních FD křivek. Zpětná vazba pracuje v rámci
konstantní síly.
PeakForce™QNM™ je rozšíření Peak Force Tapping™ o výpočet mechanických vlastností –
adheze, modulu pružnosti, deformace a disipace.
ScanAsyst™ je softwarový doplněk založený na Peak Force Tapping a automaticky optimalizuje
parametry skenu – rychlost, setpoint, gain.
Obr. 2: Časový průběh FD křivky,
B – první kontakt se vzorkem,
C – silový pík, D – adheze.
Obr. 4: Mapa adheze
standartního vzorku
PS+LDPE. Světlejší odstíny
představují vyšší adhezi.
Obr. 1: Mikroskop atomárních sil BioScope™Catalyst™
v kombinaci s invertovaným optickým mikroskopem
Olympus IX81 na Ústavu lékařské biofyziky LF UP.
Další aplikace AFM
Měření laterálních sil je jednou z možných aplikací AFM, umožňuje
mapovat mechanické vlastnosti napříč vzorkem.
Vhodnou modifikací hrotu lze naměřit další vlastnosti jako je
magnetické, elektrické či teplotní rozložení.
Obr. 3: Průběh FD křivky
v závislosti na Z pozici.
Obr. 5: Obraz Peak Force Error nádorové
buňky HeLa, měřeno na vzduchu, fixováno 2%
glutaraldehydem, rychlost skenu 21 µm/s,
rozlišení 256x256.
Práce vznikla za podpory projektu CZ.1.05/2.1.00/01.0030 a LF_2012_019.
Obr. 6: 3D topografie nádorové buňky HeLa,
měřeno v živném médiu DMEM, rychlost
skenu 18 µm/s, rozlišení 196x129.
Download

Mikroskopie atomárních sil – Operační módy