顕微鏡AFMの3つの動作モードの比較 動作原理
コンタクトモード
接触モードでは、チップは常にサンプルと軽く接触しており、一定高さまたは一定力モードでスキャンします。 スキャン中、チップはサンプル表面上をスライドします。 通常、接触モードでは安定した高解像度の画像が生成されます。
コンタクトモードで柔らかいサンプルをスキャンすると、針先が直接接触してサンプル表面を傷つける可能性があります。 スキャン中にサンプルを保護するためにサンプルとチップの間の力が弱まると、画像が歪んだりアーチファクトが得られる場合があります。 同時に、表面の毛細管現象も解像度を低下させます。 したがって、接触モードは一般に、生体高分子、弾性率の低いサンプル、動きやすく変形しやすいサンプルの研究には適していません。
非接触モード
非接触モードでは、チップはサンプル表面上で振動し、サンプルには決して接触せず、プローブモニターは、画像化されたサンプルにかかるファンデルワールス力や静電気力などの非破壊的な長距離力を検出します。 このモードは顕微鏡の感度は高くなりますが、針先と試料との距離が長い場合、コンタクトモードやタップモードに比べ分解能が低く、撮像が不安定で操作が比較的困難です。 液体中のイメージングは、生物学では比較的少数の用途しかありません。
タップモード
タッピングモードでは、カンチレバーをその共振周波数付近で強制的に振動させ、振動するチップが試料表面を軽く叩き、試料と断続的に接触するため、間欠接触モードとも呼ばれます。 タッピングモードのため、チップのサンプルへの貼り付きを回避でき、スキャン中のサンプルへのダメージがほとんどありません。 タッピングモードのチップが表面に接触するとき、チップの十分な振幅を提供することにより、チップとサンプルの間の付着力に打ち勝つことができます。 同時に、作用する力は垂直であるため、表面材料は横方向の摩擦力、圧縮力、せん断力の影響をほとんど受けません。 非接触モードと比較したタッピング モードのもう 1 つの利点は、動作範囲が広く線形であることです。これにより、垂直フィードバック システムがサンプル測定において非常に安定し、再現性が高くなります。
の
タッピング モード AFM は、大気環境と液体環境の両方で実現できます。 大気環境では、針先がサンプルに接触していないとき、マイクロカンチレバーは最大振幅で自由に振動します。 針先が試料表面に接触すると、圧電セラミックシートがマイクロカンチレバーを励起して同じエネルギーで振動させますが、立体障害によりマイクロカンチレバーの振幅が減少し、フィードバックシステムがカンチレバーの振幅を制御します。角度は一定であり、試料表面の凹凸に追従して針先が上下に移動して形状情報を取得します。 タッピングモードは液体中での操作にも適しており、液体の減衰効果により針先とサンプル間のせん断力が小さく、サンプルへのダメージが少ないため、タッピングモード撮像は液体中での撮影に適しています。液体は活性な生物学的サンプルに対して実行可能 オンサイト試験、溶液反応のオンサイト追跡など
横力モード
ラテラルフォース顕微鏡 (LFM) は、接触モードの AFM と同様に機能します。 マイクロカンチレバーが試料上を走査すると、先端と試料表面との相互作用によりカンチレバーが揺れ、大きく垂直と水平の2方向に変形します。 一般的に、レーザー位置検出器によって検出される垂直方向の変化はサンプル表面の形状を反映し、水平方向で検出される信号の変化は、材料表面の材料特性の違いにより、摩擦係数が変化します。も違います。 したがって、スキャンの過程でマイクロカンチレバーの左右の歪みの程度も異なります。 カンチレバーのねじり曲げの程度は、表面の摩擦特性が変化するにつれて増減します (摩擦が増加するとねじれが大きくなります)。 レーザー検出器は、地形データと横力データを個別にリアルタイムで測定および記録します。 通常、サンプル表面のさまざまな成分がマイクロカンチレバーの歪みを引き起こす可能性があるだけでなく、以下の図に示すように、サンプルの表面形態の変化もマイクロカンチレバーの歪みを引き起こす可能性があります。 。 両者を区別するには、通常、LFM 画像と AFM 画像を同時に取得する必要があります。 カンチレバーの歪みの原因に応じて、通常、LFM を使用して材料表面の組成画像と「エッジ強調画像」を取得できます。
