Comparación de los tres modos de funcionamiento del microscopio AFM Principio de funcionamiento
modo de contacto
En el modo de contacto, la punta siempre está en contacto ligero con la muestra, escaneando en modo de altura constante o fuerza constante. Durante el escaneo, la punta se desliza sobre la superficie de la muestra. Por lo general, el modo de contacto produce imágenes estables de alta resolución.
En el modo de contacto, si se escanea la muestra blanda, la superficie de la muestra puede dañarse debido al contacto directo con la punta de la aguja. Si la fuerza entre la muestra y la punta se debilita durante el escaneo para proteger la muestra, la imagen puede distorsionarse o pueden obtenerse artefactos. Al mismo tiempo, la acción capilar de la superficie también reducirá la resolución. Por lo tanto, el modo de contacto generalmente no es adecuado para estudiar macromoléculas biológicas, muestras con módulo elástico bajo y muestras que son fáciles de mover y deformar.
modo sin contacto
En el modo sin contacto, la punta vibra sobre la superficie de la muestra, nunca en contacto con la muestra, y el monitor de la sonda detecta fuerzas no destructivas de largo alcance, como las fuerzas de van der Waals y electrostáticas en la muestra de la imagen. Aunque este modo aumenta la sensibilidad del microscopio, cuando la distancia entre la punta de la aguja y la muestra es larga, la resolución es menor que la del modo de contacto y el modo de toque, y la imagen es inestable y la operación es relativamente difícil. La formación de imágenes en líquido tiene relativamente pocas aplicaciones en biología.
modo toque
En el modo de golpeteo, el voladizo se ve obligado a vibrar cerca de su frecuencia de resonancia, y la punta oscilante golpea suavemente la superficie de la muestra, haciendo contacto intermitente con la muestra, por lo que también se denomina modo de contacto intermitente. Debido al modo de golpeteo, es posible evitar que la punta se pegue a la muestra y casi no se daña la muestra durante el escaneo. Cuando la punta del modo de golpeteo toca la superficie, puede superar la fuerza adhesiva entre la punta y la muestra proporcionando suficiente amplitud de la punta. Al mismo tiempo, dado que la fuerza que actúa es vertical, el material de la superficie se ve menos afectado por las fuerzas laterales de fricción, compresión y corte. Otra ventaja del modo de golpeteo en comparación con el modo sin contacto es el amplio rango de trabajo lineal, lo que hace que el sistema de retroalimentación vertical sea muy estable y repetible para las mediciones de muestras.
el
El modo de tapping AFM se puede lograr tanto en entornos atmosféricos como líquidos. En el entorno atmosférico, cuando la punta de la aguja no está en contacto con la muestra, el microvoladizo oscila libremente con la máxima amplitud; cuando la punta de la aguja está en contacto con la superficie de la muestra, aunque la lámina de cerámica piezoeléctrica excita el microvoladizo para que oscile con la misma energía, el obstáculo estérico hace que el microvoladizo disminuya, el sistema de retroalimentación controla la amplitud del voladizo para ser constante, y la punta de la aguja sigue las subidas y bajadas de la superficie de la muestra para moverse hacia arriba y hacia abajo para obtener la información de la forma. El modo de golpeteo también es adecuado para operar en líquido y, debido al efecto de amortiguación del líquido, la fuerza de corte entre la punta de la aguja y la muestra es menor y el daño a la muestra es menor, por lo que la imagen del modo de golpeteo en el líquido se puede realizar en muestras biológicas activas Pruebas in situ, seguimiento in situ de las reacciones de la solución, etc.
modo de fuerza lateral
La microscopía de fuerza lateral (LFM) funciona de manera similar a AFM en modo de contacto. Cuando el microvoladizo escanea sobre la muestra, debido a la interacción entre la punta y la superficie de la muestra, el voladizo oscila y hay aproximadamente dos direcciones de deformación: vertical y horizontal. En términos generales, el cambio en la dirección vertical detectado por el detector de posición láser refleja la forma de la superficie de la muestra, y el cambio en la señal detectada en la dirección horizontal, debido a las diferentes propiedades del material de la superficie del material, el coeficiente de fricción es también diferente diferente, por lo que en el proceso de escaneo, los grados de distorsión izquierda y derecha del microvoladizo también son diferentes. El grado de flexión torsional del voladizo aumenta o disminuye a medida que cambian las propiedades de fricción de la superficie (el aumento de la fricción da como resultado una mayor torsión). Un detector láser mide y registra la topografía y los datos de fuerza lateral por separado en tiempo real. Por lo general, no solo los diferentes componentes de la superficie de la muestra pueden provocar la distorsión del microvoladizo, sino que también el cambio de la morfología de la superficie de la muestra también puede causar la distorsión del microvoladizo, como se muestra en la figura a continuación. . Para distinguir entre los dos, por lo general, las imágenes LFM y las imágenes AFM deben adquirirse simultáneamente. Dependiendo de la causa de la distorsión del voladizo, LFM generalmente se puede usar para obtener imágenes de composición e "imágenes mejoradas de bordes" de la superficie del material.
