Name: sub-nanometer resolution imaging with amplitude-modulation atomic force microscopy in liquid
Uploaded: 2016-12-20T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 25 s
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공학 및 물리 과학 연구위원회에서 자금 (보조금 1,452,230 및 EP / M023915 / 1), 생명 공학 및 생물 과학 연구위원회와 유럽위원회 (FP7 CIG 631186) 감사 인정 (BB가 / M024830 / 1 부여).

도구 및 기타 표면의 1. 청소 참고 : 높은 해상도를 목표로 할 때, 오염의 형태는 해로운 결과를 초래할 수 있습니다. 샘플, 기판 또는 AFM 팁 철저하게 청소 조작하는 데 사용하는 모든 도구를 확인하는 것이 필요하다. 다음은 시료 스테이지 자체를 포함하는 샘플, 캔틸레버 또는 AFM 셀과 접촉 할 수있는 표면 또는 악기 (예를 들어, 핀셋)에 적용된다. <ol><li> 10 분 동안 다시 초순수 다음 이소프로판올 (99.7 % 순도) 다음 초순수의 기기 (18.2 MΩ, &lt;5 ppm의 유기물), 각 목욕-초음파 처리. 가능하면 연기의 흡입을 줄이기 위해 흄 후드 이소프로판올을 사용합니다. </li><li> 질소 기류 하에서 건조. </li><li> 완전 침수가 가능하지 않은 경우 (예를 들어, 캔틸레버 홀더 / 전자 제품) ultrapu에 배어, 단일 플라이, 낮은 린트 조직 (경량 조직 와이퍼)로 닦아 물리적으로 깨끗한 표면순차적으로, 물, 이소프로판올 및 초순수 재. 표면 (일반적으로 15 분 ~ 30 이내) 공기에 건조 할 수 있습니다. </li></ol> 2. 기판 준비 주 : 상기 기판은 일반적으로 직접 AFM 스캐너와 샘플 모두 물리적으로 접촉, 시료를지지하는 고체 표면을 나타낸다. 대부분 AFM 파일은 자성 산을 스틸 디스크를 사용할 수 있지만, 동일한 프로토콜은 또한 유리 슬라이드와 같은 기판에 적합하다. 여기서 우리는 운모 디스크가 부착 된 스틸 디스크를 가정합니다. 이 절차의 목적은 이미징에 영향을 미칠 수있는 오염의 가능한 외부 소스만큼 제한한다. 장갑은 항상 착용해야합니다. <ol><li> 10 분 동안 다시 초순수에 의해 결국 각각 이소프로판올 다음 초순수에서 강철 샘플 디스크 (18.2 MΩ)을 욕 - 초음파 처리하고. </li><li> 질소 기류 하에서 건조 디스크. </li><li> 완전히 혼합 시약 및 장소 에폭시 접착제의 작은 금액을 준비 ~ 10(81) 상기 강 디스크 L. </li><li> 상기 기판에 압력을가함으로써 강철 디스크로 기판 (백운모, SiO2를 결정, 유리 등)를 붙이. 에폭시는 (제조업체의 사양 참조) 상승 된 온도에서 몇 시간 동안 치료하도록 허용합니다. </li><li> 더 에폭시 직접 기판의 가장자리 주위 공기에 노출되지 않도록해야합니다. 에폭시의 과량 사용과 오염원이 될 수있는 경우에 발생할 것이다. <ol><li> 운모 기판의 전체면이 커버 될 수 있도록 견고하게 기판 상 ~ 2.5 cm 폭 접착 테이프를 누른 매끄럽게 벗겨. 약간 접착 테이프를 사용하여 표면에 평행하게 당겨 운모 껍질. 제거 된 재료는 테이프에 볼 수 있습니다. 운모는 거울 부드러운 눈에 때까지이 과정을 2 ~ 3 번 반복합니다. </li><li> 상기 화학적 표면 개질이 필요하면 유리를 들어 / SiO2로는 단계 2.1-2.2의 조 - 초음파 처리 루틴을 반복한다. 또한, U를 사용V 노출 장치의 전원에 따라 30 ~ 60 분 (18 W UV-C 살균 램프)) 표면에 남아있을 수있는 유기물을 열분해합니다. 이 절차는 상당히 거칠기를 증가시키지 않고,보다 친수성 표면 렌더링한다. </li></ol></li></ol> 캔틸레버와 팁 3. 준비 <ol><li> 초순수이어서 이소프로판올 욕 캔틸레버 칩, 60 분간 각각 담근다. </li><li> 캔틸레버 / 팁 (겔 상자에서 장기간 보관 후 예) 폭 넓은 청소가 필요한 경우, 1 단계 전에 아세톤에 30 분 침지 (&gt; 99.5 % 순도)를 추가 (섹션도 해결 오염 참조). 젤 상자에 팁의 기억은 우리의 경험, 매우 빠르게 59 발생할 수있는 오염의 기본 소스 중 하나입니다. </li><li> 안정한 하이드 사이트 (60)의 형성을 선호하기 위해 광 짧게 (&lt;5 분) 내 자외선 팁을 노출. 이 팁 또는 INC가 손상 될 수 있으므로 더 이상 과다 노출 시간을 피하십시오곡률 반경을 rease. </li><li> 촬상 용액 50 μL ~ 원자 현미경의 캔틸레버 홀더 피펫으로 캔틸레버를 삽입 (시료에 따라 달라질 용액의 성질이 연구되고 있지만,이 경우에, 초순수의 루비듐 클로라이드 10mM의 용액을 사용하여) 캔틸레버 상 및 그것은 습식 사전 팁; 시료에 접근 할 때 기포의 외관을 제한 할 것이다. </li></ol> AFM 셀의 4. 업 <ol><li> 샘플 스테이지 상에 샘플 디스크와 기판을 장착 및 이미징 액체 방울 (그것의 가장 높은 지점에서 액체 일반적으로 2-3mm 두께)를 추가합니다. </li><li> 원자 현미경에 캔틸레버 홀더를 연결합니다. </li><li> 캔틸레버 / 팁과 시료 사이에 유체 모세관 브리지를 형성하도록 근접에 캔틸레버 및 샘플을 준비한다. </li></ol> 5. 초기화 측정 및 캔틸레버의 교정 <ol><li> 팁-E에 가까운 측정 레이저 (보통 빨간색)을 맞 춥니 다캔틸레버의 찾지. AFM의 모델에 따라 소프트웨어를 통해 제어 또는 레이저의 위치를 ​​수동으로 조정하여 어느 그렇게. 액체의 캔틸레버의 열 스펙트럼을 획득 (도 1a 참조). 이 과정은 캔티레버의 주 공명 (기본 고유 모드)의 주파수를 찾기 위해, 레이저를 이용하여 캔틸레버의 온도 변동을 기록한다. 가장 현대 AFM,이 소프트웨어 제어의 자동화 된 절차를 통해 수행되지만 사항 AFM AFM에서 다를 수있다. </li></ol><img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/54924/54924fig1.jpg" /> 그림 1 : 튜닝과 캔틸레버를 교정. A : 기본 고유 모드 (적색)의 단순 조화 진동자 (SHO) 착용감과 캔틸레버의 수직 편향 (검은 색)의 열 잡음 스펙트럼. 여기 공진 물에 18.7 kHz에서입니다. 처음 세 굴곡 고유 모드에 대응하는 처음 세 공진 주파수는 외부 조명하다파란색 화살표와 함께 ghted. B : 캔틸레버의 역 광학 레버 감도의 교정. 강성 (비 변형) 표면에 가압 캔틸레버의 선형 변위는 볼트로 측정 된 편차와 나노 미터에서 대응하는 값 사이의 변환율 (InvOLS)을 측정하는데 사용된다. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54924/54924fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <ol start="2"><li> 딱딱한 기판 (예를 들면, 마이카 또는 유리)에 캔틸레버와의 거리 커브 대 편향을 녹음하고 (도 1b에서와 같이) 선형 편향 영역에서의 곡선의 기울기가 화합 61 것을 부과함으로써 편향을 보정 - 63. 주 :이 프로세스는 (볼트) 광 검출기에서 측정 된 편차의 변환율을 찾아 (나노 미터) 캔틸레버의 실제 편향 - 알것역 광학 레버 감도 (InvOLS)로 WN. 교정은 팁이 손상 될 수 있으므로 모든 측정을 완료 한 후에는이를 수행하는 것이 낫다. 교정 전에 진정한 진폭의 추정치 (일반적으로&gt; 90 % 정확)를 얻기 위해 이전의 실험 기간 동안 동일한 유형의 다른 캔틸레버를 위해 도출 된 InvOLS 값을 사용합니다. </li><li> 캔틸레버의 스프링 정수를 산출하는 66 - 단순한 조화 진동자 모델 (64)과 열 스펙트럼 공명 피크를 장착한다. 이 절차는 대부분의 AFM 소프트웨어에서 자동화 일반적으로 해당 모델의 전문 지식을 필요로하지 않습니다. </li><li> 조정 캔틸레버. 외부로부터 구동 될 때, 캔틸레버의 진폭 응답을 찾기 (예를 들어, 청각 또는 광열 여기 의해) 공칭 공진 주파수 부근의 주파수 범위에 걸쳐. 약간 왼쪽으로,이 스펙트럼에서 최대 근처에 운전 주파수를 설정합니다. 캔틸레버 acou이면stically 구동, 많은 가짜 최대 때 조정이 나타날 수 있습니다. <ol><li> AS에 가능한 가까이 (그리고 봉투 이내) AFM을 제어하는 ​​소프트웨어의 타입과 버전에 의존 할 수있는 AFM하지만 구체의 제어 소프트웨어를 사용하여 열 스펙트럼에서 식별 공진 공명 피크를 선택한다. </li></ol></li></ol> 6. 접근 및 샘플의 초기 확인 <ol><li> 자유 진동의 진폭은 약 5 ㎚이다되도록 구동 진폭을 설정한다. 이것은 일반적으로 대부분의 AFM 파일에 0.2-0.8 V에 해당한다 (경우에 InvOLS가 보정되지 않음). 진폭 설정 값 무료 진폭 ~ 80 %를 조정합니다. </li><li> 상대적으로 높은 (절대 값이 AFM에 따라 다름) 피드백 게인을 설정하지만 불안정 또는 벨소리가 발생되지 않도록. </li><li> (~ 1 Hz에서 10 nm의 각각에, 예를 들면) 작은 값으로 초기 스캔 속도와 스캔 크기를 설정합니다. 이것은 몇 가지 피드백 매개 변수가 제대로 조정 경우 팁을 유지하는 데 도움이큰 거리에서 스캔을 피함으로써. 스캔 크기 후속 주사 조건에 적합한 경우에 나타나는 큰 값 (예를 들어, 100 ㎚)까지 증가시킬 수있다. </li><li> 접근하기 전에 (이 광학적으로 이루어져야 일부 경우에) 표면의 대략 높이를 결정한다. </li><li> 강자성 제어 소프트웨어를 사용하여 표면에 선단부의 접근을 시작합니다. 이 프로세스의 세세한 사용 AFM와 소프트웨어의 모델에 따라 달라질 것이다. <ol><li> 부드러운 캔틸레버를 사용할 때 방법에 문제가있는 경우, 접촉 모드에서 접근을 실시. 이 경우, 이득은 AM 모드보다 낮은 것을 확인하고 팁을 보존 (검출기상의 레이저 센터링 후 0.1-0.2 V)는 비교적 낮은 값으로 설정 값을 설정한다. </li><li> 선단이 약간 지령치 (접촉 모드 또는 감소 AM 모드에서의 상승)을 변화시켜 화상을 시작하지 않고 표면에 도달했는지 여부를 평가한다. 팁이 표면에 있으면, t에 대한 영향그는 Z 축 피에조의 확장은 무시할 수 있어야합니다. Z 축 압전의 라이브 운동은 일반적으로 대부분의 AFM의 제어 소프트웨어에 그래픽으로 표시됩니다. 설정 값 변경이 압전의 가시적 인 움직임을 트리거하는 경우,이 거짓이 참여 나타냅니다. 후자의 경우, 약간 높은 (연락처) 이하 (AM) 설정 값을 이용하여 현재의 선단 위치로부터 접근을 다시 시작한다. </li></ol></li><li> 끝이 표면에 도달하면, (단순히 &#39;정지&#39;를 눌러 보통)를 Z-피에조을 철회하고 캔틸레버 리튠 (단계를 반복 5.4.); 공진 주파수는 것으로 인한 팁 - 샘플 상호 작용을 더 낮은 값으로 이동 한 것이다. </li><li> 세트 포인트 (이 팁 - 시료 거리에서) 새로 조정 된 무료 진폭 ~ 80 %로 변경합니다. </li><li> 캔틸레버를 작동 및 이미징 매개 변수가 적합한 지 확인하기 위해 AM 모드에서 표면의 10 × 10 nm의 2 검사를 실시하고 있습니다. <ol><li> (왼쪽에서 오른쪽으로 주사) 추적이와 (왼쪽 주사를 오른쪽으로) 되돌아 있는지 확인프로파일은 중첩. 아니 더하다면 설정 값을 줄이고 이익을 늘려보십시오. </li><li> 이미지에 노이즈가되면 이득을 낮 춥니 다. </li></ol></li><li> 1 × 1 μm의 2 × 5 μm의 2 ~ 5 - - 큰 작업을 반복 샘플의 스캔이 가능 제공. 부드러운 또는 생물학적 샘플에서이 팁의 오염을 발생할 수 있습니다. </li></ol> 7. 고해상도 이미징 <ol><li> 기능을 시각화에 적합한 값으로 스캔 크기를 줄입니다 (예를 들어, 100 × 100 nm의 단백질 결정을위한 2 운모 또는 방해석 20 × 20 nm의 2). </li><li> 자동 Z-압전 따라서 표면으로부터 선단 후퇴하는 피드백 루프에 충분한 캔틸레버의 구동 진폭을 감소시킨다. 캔틸레버 멀리 표면 동안 캔틸레버의 진폭이되도록 ~ 1-2 내지 (피크 대 피크)를 구동 진폭을 조정한다. </li><li> 강자성 제어 소프트웨어를 사용 PROGRESZ 축 피에조 표면쪽으로 다시 연장되고 원본 이미지가 복구 될 때까지 sively 한번에 지령치를 MV 수십을 감소시킨다. 75 % 새로운 무료 진폭의 95 % 사이의 설정 값 진폭을 유지합니다. </li><li> 강자성 제어 소프트웨어를 이용하여 이득을 재조정; 높은 이익이 상당한 소음을 도입하지 않고 낮은 진폭 사용할 수 있습니다. <ol><li> 자유 진폭 설정치의 최상의 조합을 결정하고 고해상도 게인하도록 7.2-7.4 단계를 반복한다. 최적의 조건은 샘플 (매화 풍경과 액체의 습윤 특성)뿐만 아니라 캔틸레버 (상수 봄, 강성)에 따라 달라집니다. </li><li> 이미징 조건을 최적화하기 위해 진폭의 서로 다른 조합을 탐험 해보세요. 이는 다시 유리 진폭 42을 증가시킬 필요가있을 수있다. 이러한 경우에, 첫 번째를 더 높은 값으로 설정 값을 조정하고 드라이브 (진폭을 감소하는 데에 비해, 즉 역 과정)를 증가시킨다. </li><li> setpoi 유지0.5 nm 범위에서 NT를 진폭 - 1.5 나노 미터 (피크 피크) 설정 값의 비율이 (일반적 0.75-0.95) 0.7 이상으로 유지. 2 N / m - solvophilic 인터페이스의 경우, 0.5의 스프링 상수 캔틸레버를 사용합니다. 이 표면을 타격하지 않고 계면 액체의 대부분을 제거하는 팁 충분하다. 엄지 손가락의 규칙은 EQ에 제안한다. 기준 29 4. </li></ol></li></ol>

The authors have nothing to disclose.

촬상 액체 및 캔틸레버의 강성을 적절히 선택되었다고 가정하면, 성공적인 고해상도를 실현하기위한 가장 중요한 단계는 촬상 진폭 조정, 및 조사 시스템의 전체 청결하다. 액체 계면 영역 (일반적으로 2 이하 ㎚)의 두께에 필적하는 진폭 계면 용매 (42)의 특성에 주로 변화 프로브. 진동의 진폭이 너무 크면, 진동 팁 캔틸레버 동작의 안정성을 배제하고, 불가피 해상도 저하의 결과에 관계없이, 촬상 조건 (29)의 시료에 충돌 장거리 비선형 역장 (52)를 통과한다. 이외에도 해상도의 손실, 고조파는 팁의 움직임에 나타나기 시작하여 시스템 (55)을 모델링하기 위해 더 복잡하게된다. 대안 적으로, 상기 촬상 진폭이 작은 경우도 O인터페이스 할수 있답니다 부분 (계면 액체의 통상적 특정 층) 프로빙 안정된 촬상는 딱딱한 캔틸레버 달성 될 수 위험 만족스러운 신호 대 잡음비 대 (&gt; 물 53 10 N / m), 큰 높이 변화를 통해 손상 부드러운 샘플. 딱딱한 캔틸레버의 필요성은 작은 진폭 작업 할 때 측정되는 신호는, 팁과 시료 사이의 장기적인 상호 작용은 여전히 ​​존재하지만 대체로 일정하고 영향을주지 않는 것이 더욱 중요해질 수 열 잡음을 극복 할 수있다 얻어진 이미지의 고해상도 대비. 이 고해상도 AFM에 있어서는, 촬상 환경의 청결도가 가장 중요하다. 시스템의 원치 않는 화합물은 이미징 분광기 힘 모두를 방해 할 수있다. 실험에 영향을 미치는 경향이 오염의 두 가지 종류가있다 : (ⅰ) 오염 물질을 직접 볼 수 이미징 때 ( <stroNG&gt; 그림 4B, 4C) 및 고해상도의 (ⅱ) 일반적으로 설명 할 수없는 부족. 케이스 (ⅰ) 그러한 팁 - 샘플 상호 작용을 방해 흡착 분자 집합체 명확 원자 적으로 평평한 표면 운모 (도 4a) 대조되는 물 운모 계면로서 매우 이상적인 시스템에서 발생하는 경향이있다. 팁과 샘플을 변경하기 전에 효과적으로 반복 하드 샘플에 대해 선단 가압 큰 편향으로 분광 곡선을 취득 가치가있다. 이것은 일반적으로 새로운 팁을 손상 것이다, 그러나 때때로 더러운 팁을 청소하거나 영상에 적합한 안정적인 수화 사이트를 유도 할 수있다. 이 팁은, 그러나, 필연적으로 둔화 될 따라서 이미지가 향상하더라도 평면 샘플에만 적합 할 것이다. 뻣뻣한 샘플 이상 의심 오염의 경우에는, 상술 한 약간 상쇄 절차를 수행하기 전에 캔틸레버의 고유 모드와 두번째 이미지하려고 가치가있다. 이것은 단순히 SW를 필요두 번째 고유 모드로 구동 주파수를 가려움과 진폭 / 설정 값 (아래 문제 해결의 설명을 참조) 재조정. 두 번째 고유 모드에서 동작하고 약하게 흡착 된 오염물 촬상하면서 팁에서 멀리 밀어 수 상당히 증가 캔틸레버의 유효 강성. 이 전략은 깨끗한 샘플 및 팁에 대한 필요성을 대체하지만, 팁 / 샘플이 명확하게 적합하지 않을 때 만족스러운 이미지를 얻기 위해 몇 가지 더 길을 제공하지 않습니다. <img alt="그림 4" src="/files/ftp_upload/54924/54924fig4.jpg" /> 그림 4 : 고해상도 영상을 억제 백운모 이미징 때 관찰 된 오염의 예. A : 운모는 5 mM의 RbCl에 몇 군데 - 더 오염 입자가 표시되지 않습니다. B : 오염 명목상 초순수를 이미징 동안에 걸쳐 수십 ㎚ 정도의 응집체의 형태를 취하는. C : 오염에 의해 형성된 자기 조립 구조자연 아마도 양친 매성 NANT 입자. 영상은 다시 명목상 초순수를 실시하였습니다. D : 운모의 원자 적으로 평평한 표면으로부터의 편차를 나타내는 A, B 및 C의 점선에 대응하여 수직으로 오프셋 섹션. A, B 및 C의 스케일 바는 300 나노 미터에 해당합니다. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54924/54924fig4large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> 케이스 (ⅱ) 더 일반적인 서브 나노 미터의 기능은 단순히 상관없이 촬상 조건 해결 될 수 없다는 사실 초조 주로 특징으로한다. 이러한 유형의 상황의 서명은 어떤 불일치를 표시하는 경향 힘 분광 측정에서 통상 볼 수있다. 이들은 상당히 전형적인 S 자형 모양 (42)로부터 이탈 거리 곡선 대 가난하게 재현 곡선과 진폭을 포함 할 수있다. 이온 성 또는 기타 오염물 경우 dispers은에드 균일 유체에 걸쳐, 그들은 지형 영상에 표시되지 않을 수 있지만 일반 팁 - 샘플 상호 작용 (29)을 유지하고 높은 해상도 (70)를 얻기위한 중요 샘플 (69)의 수화 구조를 방해 할 수 있습니다. 또한 특히 소프트, 생물학적 실험에서 시료의 오염 물질의 직접적인 효과가있을 수 있습니다. 서브 나노 미터 수준의 해상도 불가능 렌더링, (73) - 예를 들면, 웰 (세정 과정)에서의 알코올의 존재 하에서 겔 상 지질 이중층을 71 fluidify 수 있다고 알려져있다. 고해상도가 가능하지 않은 경우, 케어 먼저 촬상 용액과 접촉하는 장치에 특히 초점을 세정 처리에주의해야한다. 완전히 경화되지 않는 경우 등의 에폭시 수지 등에도 표면적 안정한 화합물은 어느 정도 유체화물있다. AM-AFM 높은 해상도의 영상이 요구하고 인내심을 필요로하며,최적의 촬상 조건에 도달하기 전에 흔히 여러 실험. 작은 실험 문제가 쉽게만큼 중요한 될 수있는 고해상도 및 문제 해결 능력이 필수적 방지 할 수 있습니다. 향후 우리는 우리가 우리의 제안 된 솔루션으로 발생하는 가장 일반적인 문제 중 일부를 나열합니다. 캔틸레버 조정 대부분의 상용 AFM 파일은 캔틸레버를 구동하는 음향 자극을 사용합니다. 단계 5.4에 기재된 바와 같이 그 공진 주파수는 종종 공기에서 작동하기에 충분한 성능을 제공 근방이 경우, 캔틸레버 조정. 액체 환경에서, 액체는 캔틸레버 칩 홀더로서 AFM의 다른 기계 부품 사이에 결합을 유도하는 경향이있다. 이것은 종종 통상 &quot;피크 숲&quot;로 설명 많은 날카로운 봉우리와 골짜기를 나타내는 캔틸레버 주파수 스펙트럼에 도시 된 캔틸레버 공진 명백한 영향을 미칠 수있다. 그 결과, corre를 찾기가 어렵코네티컷의 구동 주파수. 이들 피크는 가스 환경에서 존재하지만 인한 캔틸레버의 품질 계수의 높은 값, 공진의 진폭은 74, 75 상당히 크다. 액체 내에서의 캔틸레버를 구동하기위한 적절한 피크를 선택하는 것은 쉬운 일 수 있으며, 시행 착오를 필요로 할 수있다. 실제로, 공진 주파수 주위의 &quot;피크의 숲&quot;의 진폭의 가파른 변화 빈도 피크는 일반적으로 공진에 종종 고해상도 이미지를 획득하기에 적합한 구동 주파수를 제공 반드시 정확하게 임에도 불구 최선이다. 이미지 왜곡 촬상 드리프트들은 고해상도를 찾는 문제이고 왜곡 된 이미지 (일반적으로 연신) 보이게한다. 원산지는 스캐너 / AFM이 평형 동작 온도에 도달하지 않았기 때문에, 또는 샘플 액의 일부가 급격하게 증발하기 때문에 (예를 들면, 촬상 알코올에 하나, 일반적으로 열적이며<html> ). 모든 경우에, 드리프트 열 평형 미미해진다. 샘플 가능한 경우의 온도를 수정하는 것이 유용하다. 그렇지 않으면,이 실험을 수행하기 전에 몇 시간 (느린 스캔 속도로 대형 스캔) 빈 샘플을 검사하기 위해 AFM 떠나는 가치가있다. 증발이 문제가되지 않는 경우이 절차는 가장 먼저 팁을 표면에서 짧은 거리 (예를 들면, 20 μm의) 철수를 돌보는 절차의 6 단계 이후에 이루어집니다. 때때로, 드리프트도 광범위한 thermalization 후 유지됩니다. 이것은 일반적으로 캔틸레버 또는 그 칩이 부분적으로 샘플을 끌어 있음을 나타냅니다 동안 영상, 이러한 박막 또는 팁 / 캔틸레버 / 칩이 적절하게 배치되지 않은 경우 부드러운 응집 샘플에 일어날 수있는 일. 호스트 이상의 캔틸레버 / 팁, 그것을 사용하지 않는보다는 표면 위에 끌어하게 캔틸레버를 중단하는 것이 유용 칩. 이온 강도 촬상이 계면 액체에 의해 지배되기 때문에 ntent가 &quot;&gt;이. 물에 대전 된 표면의 고해상도 영상에 대한 몇 가지 염을 추가하는 것이 도움이되는 소금의 역할은 두 가지이다. 먼저, 상기의 수화 프리 수정 종종 대비를 향상 흡착에 몇 군데 표면은. 둘째,. 일반적으로, 큰 이온 칼륨, 루비듐과 세슘 인해 특정 수화 특성에 더 좋은 이미지를 수 (운모에, 예를 들면) 팁과 샘플 사이의 화면 강한 정전 기적 상호 작용을하는 데 도움이 76, 그들은 종종 독특한 수화 상태 (77)에서 주로 흡착한다는 사실. 나쁜 캔틸레버 / 팁 이 (전술 한 증상을 참조) 캔틸레버 오염원 것으로 의심되는 경우에는 먼저 광학 현미경으로 검사한다. 젤 박스에 저장된 경우, 캔틸레버 겔 폴리머 또는 나타날 수있는 실리콘 오일 (59)의 흔적을 선택할 수 있습니다심한 경우, 어두운 반점, 캔틸레버의 후면 (도 5a에서와 같이). 캔틸레버의 광열 발진 유사한 스폿을 유도 할 수 있지만, 구동 레이저 캔틸레버 코팅의 열화 / 과열에 기인한다. 오염에이 캔틸레버에 무작위로 나타나는 경향이있다. 초순수와 다음 이소프로판올, 함께 이상 (12 시간) 청소, 캔틸레버에서 모든 원치 않는 입자를 제거 할 수 있습니다. <img alt="그림 5" src="/files/ftp_upload/54924/54924fig5.jpg" /> 도 5 : 새로운 캔틸레버와 장기간 겔 상자 단단한 표면에 광범위하게 사용하고 남겨진 동일한 하나의 비교. A : 최고; (절차 참조) 정리 된 아주 새로운 캔틸레버의 광학 이미지. 바닥; 젤 상자에서 눈에 보이는 오염의 모양 (파란색 화살표)를 보여주는 광학 이미지. B : 캔틸레버 &#39;각각의 열 스펙트럼의 비교.기존의 캔틸레버의 제 1 공진 피크의 폭이 넓어은 분명하다 (녹색 화살표) 및 일부 고차 모드 (파란색 화살표) 향상됩니다. 스펙트럼은 수직으로 오프셋과 선명도에 대한 로그 - 로그 스케일에 제시되었다. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54924/54924fig5large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> 필요한 서브 - 나노 미터 분해능이 달성되지 않는 경우, 낮은 해상도의 영상으로 허용에도, 상기 AFM 팁 화학적 스토리지 환경 중에 수정되었다 것이 가능하다. 이것은 팁 (60) 상에의 친수성 표면 기의 생성을 돕는다 120 초 위해 자외선 산화제로 캔틸레버 칩의 노출에 의해 처리 될 수있다. 케어 선단 형상과 UV 전원에 따라 달라질 수 필요한 정확한 시간으로하지만 촬영해야하며, 위에 노광 팁 감소 해상도 둔화 될 수있다. 열 잡음 &lt;/ P&gt; 고해상도 영상은 힘의 변화와 거리 (일반적으로 서브 PN의 힘과 서브 옹스트롬 (78)를 거리를)에 큰 감도를 필요로한다. 소프 캔틸레버 인해 고유의 브라운 운동 (열 진동)에 캔틸레버의 열 - 기계적 움직임은 문제가 될 수있다. 제 근사 강성 k의 캔틸레버,보다 작은 피처를 측정하는 것은 불가능 <img alt="Equation1" src="/files/ftp_upload/54924/54924equation1.jpg" /> k 개의 B는 볼츠만 상수이고, T는 온도이고, 열 잡음의 진폭. 실제로, 높은 공진 주파수를 가진 캔틸레버를 사용하여 더 큰 주파수 범위에 걸쳐 노이즈를 확산하고, 측정 대역폭 (79)의 전체적인 소음 수준을 감소시킨다. 높은 고유 모드 영상 때때로 번째 고유 모드에서 캔틸레버를 작동 유용증가 효과가 강성으로 인해 (오염의 설명을 참조). 실제로, 이것이 두 번째 고유 모드에서 외팔보 구동함으로써 간단히 수행된다 (더 높은 주파수에서 2 공진 피크를,도 1a 참조). 캔틸레버를 튜닝 할 때, 단순히 대신 주요 공명의 두 번째 고유 모드를 선택하고 5.4 단계로 진행합니다. 캔틸레버는 제 2의 고유 모드로 구동 될 때 InvOLS이 다를 수 있습니다; 일반적으로 직사각형 캔틸레버위한 단계 5.2에서 측정 InvOLS 중 ~ 1 / 3의. 이 기술의 주요 한계는 샘플의 표면에서 안정적인 매화 풍경을 필요로한다는 것이다. 샘플은 샘플 자체의 상당한 변형을 유발하지 않고 계면 액체를 교란 수 있도록 충분히 견고해야한다. 이것은 매우 부드럽고 불안정한 샘플 대형 생체 분자에 도전 할 수있다. 또한, 소 - 진폭 AFM는 P에 대한 기계적인 정보를 얻을 수있는 여기에 기술 된 바와 같이시료 roperties 캔틸레버 팁이 유체 계면에서 대부분의 시간을 보내고있다. 이를 위해, 이러한 정량 나노 기계적 매핑 (80) 등의 다른 방법을 사용하거나, 캔틸레버의 움직임 고조파 활용하는 것이 유익 할 수있다. (83)과 동시에 지형과 샘플 25,81의 강성을 제공 할 수 있습니다 - - (낮은 품질 요인) 유체 29,81 이미징 때 높은 하모니카는 일반적으로 강화되어 84 그러나 그들은 일반적으로 높은 해상도에 해로운 있습니다. 모든 주사 탐침 현미경 기술에 고유 한 다른 제한은 특히, 여기서 여전히 결과 필연적 측정 팁에 대한 정보를 포함한다는 사실에 유효하다. 작은 진폭의 사용은 큰 높이를 변형 샘플에 적합하지 않다; 높이의 변화가 영상 크기보다 큰 경우 상기 피드백 루프는 필연적 따라서 샘플 및 팁 손상을 걸고, 더 느리게 반응한다. 사용 오F 부드러운 캔틸레버는 어느 정도이 문제를 완화합니다. 여기에 제시된 방법의 주된 장점은 시스템의 노이즈 레벨이 충분히 낮은 것을 제공 액체 AFM으로 가능한 가장 높은 이미지 해상도를 제공하지만 상업적 AFM 상에 구현 될 수 있다는 사실이다. 상용 장비에 필적하는 해상도는 일반적으로 딱딱한 캔틸레버와 FM-AFM에 때때로 접촉 모드에서 달성, 또는됩니다. AM-모드로 상대적으로 부드러운 캔틸레버로 작업 샘플의 폭 넓은 선택이 가능하고, 대부분의 시스템에서 FM-AFM보다 구현하기가 쉽다. 접근 방법은 해상도를 향상시키고 화학적 지역 정보를 얻을 수있는 고체와 액체 사이의 계면에 존재하는 매화 힘을 이용에 의존한다. 이것은 원칙적으로 만 공기의 습도에 의한 대부분의 표면 상에 구축 물 층 (일반적으로 수 나노 미터 두께)에 의존하고, 주위 조건에서 사용될 수있다. 근본적인 원리고해상도 전략은 그대로 유지하지만, 팁의 대부분은 팁 선단과 시료 (85) 사이에만 모세관 브릿지 공기이다. 고해상도은 이러한 조건 86,87에서 뻣뻣한 샘플에서 증명되었다. 촬상 조건으로 인한 캔틸레버의 진동의 높은 Q 인자에 침지 액체보다 그러나 다르다. 실제로, 우리는 어려운 아마도 인해 모세 혈관 다리의 시간적 변화, 부드러운 또는 불규칙한 샘플에서 안정적인 동작을 달성 발견하고 주어진 캔틸레버의 강성에 대한 Q-요인 증가했다. 여기에 기술 된 프로토콜은 가장 현대적인 상업 AM-AFM 파일와 액체 샘플의 분자 수준의 해상도의 이미지를 달성하기위한 방법론을 제공한다. 우리는 이미징 매개 변수의 우리의 선택 뒤에있는 과학적 근거를 제공하고 매화 세력의 역할을 강조한다. 우리는 또한 일반적인 문제, 특히 오염에 대해 설명합니다. 특정 팁 샘플 상호 작용 캘리포니아N 극적 이미징 솔루션 캔틸레버 형상 및 재질, 그리고 화학 시료의 함량에 따라 달라질. 스캔 중에 존재하는 지배 세력의 성격의 실제적인 이해는 새로운 시스템이 프로토콜을 적용하고 신뢰할 수있는 결과를 보장하는 것이 필수적이다. 최적의 경우, 실험 방법은 용액 - 시튜 샘플의 로컬 분자 수준의 통계를 얻을 강력하다.

그것의 발명 이후, 삼 년 전, 원자 힘 현미경 (AFM) (1) 특히 거시적 인 표면 영역에 걸쳐 평균 곳, 나노 스케일에서 샘플을 조사하기위한 선택의 기술 자체를 설립했다하는 것은 불가능하며 지역 정보가 필요합니다. 전형적인 AFM 측정에있어서,가요 성 캔틸레버의 편향 분자의 소수 캔틸레버의 끝 부분에 장착 된 울트라 팁 간의 상호 작용력을 정량화하는데 사용된다. 고려 상호 작용의 유형 및 타임 스케일에 따라, 다양한 정보가 소프트 2,3- 생체막의 점탄성 특성을 포함하여 유도 될 수 있고, 하나의 화학적 결합 강도 또는 분자 4,5, (A)의 원자의 상세 표면 6-8, 자석 (9), 용량 (10), 시료 11, 12, 13 열 (14) 및 화학적 성질을 실시 <sup&gt; 15. 이 탐침과 시료 사이의 특정 힘에 의존하지 않기 때문에, AFM의 성공의 일부는, 재료 (16)의 넓은 범위 및 진공 (17), 기체 또는 액체 11,18 19,20 여러 환경에서 작동 할 수있는 능력이다 . 그러나, 실제로는 온도보다 다른 조건의 AFM을 동작시키는 도전 많은 번역 결과 대기 중에서 수득 할 수있다. 추가적인 어려움이 큰 마찰력을 피하고 팁과 샘플 모두를 유지하기 위해 동적 모드 (진동 TIP)의 AFM을 제공하는 것이 필요하다는 사실에서 나온다. 더 도전하지만, 동적 동작은 원칙적으로 분석 샘플에 대한 자세한 정보를 제공하고, 공간 해상도의 손실없이 할 수 있습니다. 다중 주파수 측정에, 23 - 지난 10 년간, 액체의 동적 AFM의 분야는 비디오 속도 AFM (21)의 출현에서 중요한 발전을 보았다 <sup&gt; 인터페이스 (26)의 수화 구조 (24, 25)과 서브 나노 미터 이미징 - 31. 36 중합체 연구 37, 전기 화학 38 - - (40) 및 고체 - 액체 인터페이스 특성화 41-44 액에 침지하면서 AFM의 동작을 정기적으로 생물학 및 생물 물리학 (32)에 사용된다. 진동하는 캔틸레버의 주위에 액체의 존재는 상당히 동역학 (45)뿐만 아니라, 팁과 시료 29,42 사이의 상호 작용을 변화시킨다. 적절하게 사용될 때, 액체는 주위 조건 (46)에 달성 된 최고 해상도에 비해 크기가 거의 순서의 전형적인 개선하여, 촬상 26,29 해상도를 향상시키기 위해 이용 될 수있다. AFM에서, 특정 측정 달성 높은 공간 해상도는 AFM 자체의 품질과 t의 특성 모두에 의존그는 상호 작용은 20,47,48를 프로빙. 현재, 대부분의 상한은, 열 (12)의 한계에 가까운 시판 AFM 파일 본 소음 때문에 해상도에 대한 결정 인자는 일반적으로 팁 - 샘플 상호 작용이다. 효과적으로 해상도 결정이 상호 작용의 공간 구배 : 급속 상호 소멸성 단거리에 기초하여 측정치가 장거리 상호 작용 게임에있을 때보다 높은 해상도의 결과를 생성한다. 액체 그들이 액체의 단지 약간의 분자 직경을 통해 소멸하는 경향이 있기 때문에, 용 매화 힘은 이미징 해상도를 향상시킬 수있다 (일반적으로 &lt;1 ㎚) 떨어진 샘플 (49)의 표면으로부터 이동하는 경우. 이러한 힘은 액체 분자와 시료 표면 간의 상호 작용에서 발생. 표면에 대한 강한 친 화성 액체는 더욱 주문 샘플 29,42,50과의 계면에서 벌크 액체보다 이동하는 경향이된다. 결과적으로,그것은 나노 년 - 매화 풍경 계면 액체 특성의 지역 변화에 매우 민감한 측정을 렌더링, 대량의 액체 (42)보다 계면 액체 분자를 변위 진동 AFM 팁에 대한 더 많은 에너지를 소요됩니다. 매화 세력을 이용하기 위해, 여러 가지 실제적인 측면은 고려 될 필요가있다. 먼저, 선단의 진동 진폭이 매화 힘 범위와 비교 될 필요가 일반적으로 1 nm의 &lt;. 둘째, 액체 샘플의 표면에 잘 정의 매화 풍경을 형성해야 사용. 거시적으로,이 고려 된 샘플에 대한 &#39;습윤&#39;액체를 요구하는 것과 같습니다. 예를 들어, 물에 소수성 흑연 42,51보다 친수성 운모에 분자 수준의 해상도를 달성하기 쉽다. 마지막으로, 팁을지지하는 캔틸레버의 스프링 정수 (52, 53)을 적절하게 선택되어야한다. 이러한 사기에서 작업 할 때ditions는 AFM는 인터페이스의 분자 수준의 화상을 제공하지는 않지만, 또한 시료 표면 (54)에 대한 화학적 정보를 얻기 위해 사용될 수있는 로컬 샘플 액체 선호도에 대한 정보를 유도한다. 액체의 AFM위한 동작의 일반적인 동적 모드는 진폭 변조 (AM, 또한 &quot;탭핑 모드 &#39;) 및 AFM 주파수 변조 (FM) AFM이다. 그 진폭이 연속적으로 팁 - 샘플 거리를 다시 조정하는 피드백 루프에 의해 일정하게 유지되는 동안에 제 1 케이스 (55)에서, 팁 샘플을 래스터 - 스캔한다. 샘플의 지형 이미지는 피드백 루프에 의해인가 된 보정으로부터 얻어진다. FM-AFM 28,41,56에서는 선단이 시료를 스캔하는 동안 일정하게 유지되는 캔틸레버 / 팁의 진동 주파수이다. 두 기술은 액체 36,57의 비교 지형 해상도를 제공합니다. 팁 샘플 상호 작용의 정량화 더 strai 경향이있다ghtforward 및 FM-AFM에서 정확하지만, AM-AFM은 구현하기가 쉽고보다 강력한이며, 부드러운 캔틸레버, 쉽게 변형 또는 민감한 샘플을 공부하는 데 유용 뭔가 작업을 허용한다. 중요한 것은, AM-AFM은 부분적으로 역사적인 이유뿐만 아니라 그것으로 인해 제어 할 기술적으로 쉽다는 사실, AFM의 사용자들 사이에서 더 널리 퍼져있다. 진폭 AM-AFM 영상 중 상기 피드백 루프에 의해 일정하게 유지되지만, 팁 진동과, 구동 진동의 위상 지연을 자유롭게 변경할 수있다. 위상 지연은 샘플 (58)과의 계면에서의 팁의 진동 동안 소모되는 에너지와 관련되고, 팁 - 샘플 상호 작용에 관한 유용한 정보를 제공 할 수있다. 따라서 위상 이미징 지형 촬상 동시에 취득 할 수 있고, 종종 시료 표면의 얼룩이 강조에 상보 적이다. 위상 영상은 디를 포함한 상호 작용의 다양한 매핑을 위해 이용되고있다접착 에너지 (42), 점탄성 특성 (58)와 인터페이스 (44)의 수화 풍경 RECT 매핑. 실질적으로 액체에 고해상도 이미지를 획득하는 단계 의한 제어 매개 변수의 다수의 모든 상황에서 작동하는 간단한 프로토콜 체계의 부재에 비 단순 남아있다. 이미지 품질은 일반적 등 (55) 중 외팔보 형상 탄성 팁 화학 발진 진폭 및 샘플의 강성에 의존한다. AFM 측정은 정의에 의해, 시스템 섭동도이다. 결과적으로, 적절한 고려없이 촬상 변수와 환경 조건을 변경하면 재현성 및 / 또는 그릇되게 관측 스퓨리어스 결과에 어려움을 초래할 수있다. 여기서는 AMPL 동작 상업적 장비를 이용하여 용액의 경질 및 연질 샘플의 고해상도 이미지를 달성하기위한 우리의 프로토콜을 제시itude 변조를. 목표는 각각의 경우의 촬상 처리의 기초가되는 물리적 원리 우리의 선택의 근거를 설명하는 여러 개의 샘플 해상도에 영향을 미칠 가능성이 주요 파라미터를 최적화하기위한 실용적인 방법을 제공하는 것이다. 우리는 세부 사항 캔틸레버의 선택, 조정 이미징 매개 변수의 공통 문제를 해결하는 기판 세정과 준비에서 단계별 접근 방식. 고해상도에 대한 우리의 선택과 절차 뒤에 과학적 근거를 설명하는 방법론을 채택 할 때 합리적인 선택을 도와, 및 이미징 새로운 시스템을위한 출발점 역할을한다. 이 텍스트 전반에 걸쳐 우리는 오전는 AFM의 진폭 변조 동작 모드를 참조하십시오. 우리는 셋 포인트 값으로 하나 캔틸레버 편향 (접촉 모드) 또는 진동의 진폭 (AM 모드) 동안 피드백 매개 변수를 일정하게 유지 참조하십시오. AM 모드에서, 캔틸레버는 외부 구동어느 음향 발진 또는 펄스 레이저에 의해 캔틸레버의베이스에 집중했다. 구동 진폭은 외부 진동 신호의 강도를 나타낸다. 캔틸레버의 소정의 발진 진폭을 얻기 위해 필요한 구동 진폭의 절대 값은 상기 구동 방법 (음향, 자기 광열 또는) 캔틸레버의 고정 및 파라미터 (강도, 형상)과 레이저 조정 같이 많은 파라미터들에 의존한다. 구동 진폭의 정확한 값은 따라서 중요한 것은 아니지만 캔틸레버의 적절한 (정량화) 진동 진폭을 제공하도록 그 각각의 실험에서 조정된다. 구동 캔틸레버 멀리 샘플로부터 그 진동의 더 댐핑 팁 - 샘플 상호 작용을 통해 발생하면, 그 진동의 진폭은 자유 진동의 진폭이라고합니다. 진동 선단이 시료 표면에 가까워지면서, 진폭이 감소하기 시작한다. 피드백이 활성화 된 경우 Z-압전가에서 const 것즉, 일정, 설정 온도 진폭을 용골 할 수 있도록 antly 확장자를 다시 조정합니다. 세트 포인트 값은 일반적으로 프리 진폭보다 항상 적다. 무료 진폭을 통해 설정 값 비율 설정 값 진폭의 비율 (이미지 크기)를 참조하는 것이 일반적입니다. 설정치 비가 작을수록보다 엄격한 촬상 조건은 다음과 같다.

<table><tbody><tr><td>Multimode IIIA AFM</td><td>Brucker</td><td>NA</td><td>One of the machine used</td></tr><tr><td>Cypher ES AFM</td><td>Asylum Resarch</td><td>NA</td><td>One of the machine used</td></tr><tr><td>AFM cantilever/tip</td><td>Nanoworld</td><td>Arrow UHF-AUD</td><td>best for high frequency</td></tr><tr><td>AFM cantilever/tip</td><td>Olympus</td><td>RC800-PSA</td><td>versatile and cheap</td></tr><tr><td>ultrapure water</td><td>Milipore</td><td>NA</td><td>lab filtering systems can induce contamination</td></tr><tr><td>Dimethyl sulfoxide</td><td>Sigma-Aaldrich</td><td>200-664-3&amp;nbsp;</td><td>standard chemical, no further purification</td></tr><tr><td>Monovalent salts</td><td>Sigma-Aaldrich</td><td></td><td>standard chemical, no further purification</td></tr><tr><td>Lipids</td><td>Avanti Polar Lipids</td><td></td><td>lipid bilayers formed using stadard protocols</td></tr><tr><td>Crystals</td><td>MTI</td><td></td><td>polished crystals</td></tr><tr><td>Scotch tape</td><td>3M</td><td>Scotch Magic Tape</td><td>Translucent tape works best. Transparent sticks too strongly</td></tr></tbody></table>

sub-nanometer resolution imaging with amplitude-modulation atomic force microscopy in liquid

Atomic force microscopy (AFM) has become a well-established technique for nanoscale imaging of samples in air and in liquid. Recent studies have shown that when operated in amplitude-modulation (tapping) mode, atomic or molecular-level resolution images can be achieved over a wide range of soft and hard samples in liquid. In these situations, small oscillation amplitudes (SAM-AFM) enhance the resolution by exploiting the solvated liquid at the surface of the sample. Although the technique has been successfully applied across fields as diverse as materials science, biology and biophysics and surface chemistry, obtaining high-resolution images in liquid can still remain challenging for novice users. This is partly due to the large number of variables to control and optimize such as the choice of cantilever, the sample preparation, and the correct manipulation of the imaging parameters. Here, we present a protocol for achieving high-resolution images of hard and soft samples in fluid using SAM-AFM on a commercial instrument. Our goal is to provide a step-by-step practical guide to achieving high-resolution images, including the cleaning and preparation of the apparatus and the sample, the choice of cantilever and optimization of the imaging parameters. For each step, we explain the scientific rationale behind our choices to facilitate the adaptation of the methodology to every user's specific system.

이전 섹션에서 설명 된 프로토콜이 성공적으로 분자 - 또는 원자 레벨의 이미지를 달성하기 위해 여러 상업적 AFM 파일이 적용되고있다. 모든 이미지가 각각의 절차에 따라 조정 0.5 nm 내지 150 nm의 사이에 작동하는 진폭으로 수득 하였다는 7.1-7.4 단계. 결과는 부드러운 (그림 2) 단단한 (그림 3) 샘플의 넓은 범위를 통해 얻을 수있다. 각각의 경우에, 관심의 기능이 강조 표시됩니다. 이 기술의 가장 큰 장점은 작은 진동 진폭과 높은 설정 점 지질 (도 2A), 단백질 (도 2b 및 D)의 깨지기 자기 조립을 허용하는 샘플의 선단에 의해 가해지는 힘을 최소화하고 있다는 양친 매성 분자 (그림 2C)는 솔루션의 손상없이 몇 군데있다. 이러한 미네랄 (도 3A, B, D) 등 세게 결정 성 물질표면 (도 3c)에 흡착 된 단일 금속 이온은 모든 경우에 효과적으로 기재된 프로토콜 결상 계면 액체이므로 접근법을 사용하여 이미징 될 수있다. 매화 힘은도 2 및도 3에 도시 된 샘플들에 필적 모든 샘플 (보다 일반적으로도 2C, 3B, 3D의 경우 &quot;solvophilic&quot;) 영상화 용액에 대하여 친수성이다. 일관 비교 강성 캔틸레버 (0.2-0.8 N / m)의 모든 경우에 사용되었다. 샘플과 끝은 모두 액정 분자가 묘화 될 수있는 잘 정의 매화 구조를 형성하도록 solvophilic해야한다. 이것은 항상 충분 조건은 아니지만 대부분의 경우에 상대적으로 작은 액정 분자 샘플 대칭을 모방하는 방식으로 액체 재 구조 그 자체. 고해상도의 메인 드라이버가 흡착 된 용매 분자의 친화 로컬 변형(도 2A, 3A, 3C의 경우 옹스트롬 스케일) 표면에 대한. 용매 구조체 표면에 걸쳐 크게 변화 여기서 기술 그러므로 최상의 재료로 적합하다. <img alt="그림 2" src="/files/ftp_upload/54924/54924fig2.jpg" /> 그림 2 : 수용액에서 AM-AFM에 의해 촬영 소프트 인터페이스. A : 겔상에서 디 팔미 토일 포스파티딜콜린 (DPPC) 지질 이중층은 150 밀리미터의 KCl에 이미지화. 육각형 포장 지질 headgroups는 수화에 사이트 별 변화를 나타내는 지역 대비와 함께, 지형 및 위상 모두에서 구별 할 수 있습니다. B : 150 밀리미터의 KCl, 10 mM 트리스, pH 7.4의에서 몇 군데 Halobacterium의 salinarum의 보라색 막. 여러 박테리오로돕신 단백질 삼량 체는 강조 표시됩니다. 위상 인해 단백질 로컬 수화 사이트 지형과는 다른 콘트라스트를 나타낸다. 개별 단백질 삼량<html> 아웃 할 수있다 (점선). C : 염료 감응 태양 전지의 이산화 티탄 나노 입자의 표면에 흡착 된 양친 성 염료 (Z907) 분자. 이미지는 에틸 이소 프로필 술에 인수되었다. 스폰지 같은 모양은 흡착 된 염료 분자에 의해 생성된다. D : B. 아쿠아 포린 사량과 같은 버퍼에 몇 군데 천연 소 렌즈 막에서 아쿠아 포린 크리스탈이 강조 표시됩니다. 상으로 인해 단백질 근처에 이상한 물 행동에 현저하게 다른 대비를 나타내고있다 간 나선형 루프에 해당하는 하위 구조 지형에서 볼 수 있습니다. 이미지는 심판 36 (B), 심판 38 (C) 및 심판 67 (D)에서 적응하고 있습니다. 스케일 바는 색상 스케일은 각각 200 오후 15도 (A), (600)의 높이 및 위상 변동을 나타내는 5 nm의 (A)는 10 nm (B), (C) 3 나노 미터, 15 나노 미터 (D) 인 오후 4 ° (B) 2.5 내지 2.5 ° (C) 1.6 내지 9.5 ° (D).로드 / 54924 / 54924fig2large.jpg &quot;대상 =&quot;_ 빈 &quot;&gt;이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오. <img alt="그림 3" src="/files/ftp_upload/54924/54924fig3.jpg" /> 그림 3 : 유체 솔루션 하드 시료의 대표 AM-AFM 이미지. A : 방해석 결정 [ <img alt="Equation2" src="/files/ftp_upload/54924/54924equation2.jpg" /> 평형화 초순수 용액에 이미징] 표면. B : 스트론튬 티타 네이트, 디메틸 설폭 사이드 (DMSO)에서 얻어진 촬상. 고해상도 물에 수 없었습니다. C : 3 mM의 RbCl에 몇 군데 모스크바의 운모 - 단일 흡착 Rb는 + 이온이 모두 상과 높이 검사에서 운모의 격자 사이트에서 볼 수 있습니다. D : DMSO에 몇 군데에서 탄화 규소. 예상 된 결정 배열이 이미지 B에 도시되어 D. 이미지는 REF 68 (A)에서 (REF) (42) (B 및 D)를 적응및 (REF) (44) (C). 스케일 바는 3 내지 (A, B, D) 및 (5) 내지 (C)이다. 색상 규모는 각각 250 오후 14 ° (A), (600) 오후 5.5 ° (B), (800) 오후 15 ° (C), 500 오후 3.5 ° (D)의 높이 및 위상 변화를 나타냅니다. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54924/54924fig3large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>

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Sub-nanometer Resolution Imaging with Amplitude-modulation Atomic Force Microscopy in Liquid

우리는 액체 내에서 진폭 변조 (탭핑 모드) 원 자간 력 현미경으로 나노 미터 이하 해상도의 이미지를 달성하기위한 방법을 제시한다. 이 방법은 상용 원 자간 력 현미경에 설명된다. 우리는 매개 변수의 우리의 선택 뒤에 이론적 근거를 설명하고 해상도 최적화를위한 전략을 제안한다.

액체의 진폭 변조 원자 힘 현미경과 서브 나노 미터 해상도 이미징

Atomic force microscopy (AFM) has become a well-established technique for nanoscale imaging of samples in air and in liquid. Recent studies have shown ...

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16.6K 조회수.  Durham University.  우리는 액체 내에서 진폭 변조 (탭핑 모드) 원 자간 력 현미경으로 나노 미터 이하 해상도의 이미지를 달성하기위한 방법을 제시한다. 이 방법은 상용 원 자간 력 현미경에 설명된다. 우리는 매개 변수의 우리의 선택 뒤에 이론적 근거를 설명하고 해상도 최적화를위한 전략을 제안한다. 

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Quantitative and Qualitative Examination of Particle-particle Interactions Using Colloidal Probe Nanoscopy

Colloidal Probe Nanoscopy (CPN), the study of the nano-scale interactive forces between a specifically prepared colloidal probe and any chosen substrate using the Atomic Force Microscope (AFM), can provide key insights into physical interactions present within colloidal systems. Colloidal systems are widely existent in several applications including, pharmaceuticals, foods, paints, paper, soil and minerals, detergents, printing and much more.1-3 Furthermore, colloids can exist in many states such as emulsions, foams and suspensions. Using colloidal probe nanoscopy one can obtain key information on the adhesive properties, binding energies and even gain insight into the physical stability and coagulation kinetics of the colloids present within. Additionally, colloidal probe nanoscopy can be used with biological cells to aid in drug discovery and formulation development. In this paper we describe a method for conducting colloidal probe nanoscopy, discuss key factors that are important to consider during the measurement, and show that both quantitative and qualitative data that can be obtained from such measurements.

Colloidal probe nanoscopy can be used within a variety of fields to gain insight into the physical stability and coagulation kinetics of colloidal systems and aid in drug discovery and formulation sciences using biological systems. The method described within provides a quantitative and qualitative means to study such systems.

콜로이드 프로브 Nanoscopy을 사용하여 입자 간 상호 작용의 양적 및 질적 시험

Colloidal Probe Nanoscopy (CPN), the study of the nano-scale interactive forces between a specifically prepared colloidal probe and any chosen substrate ...

연구

화학

Atomic Force Microscopy of Red-Light Photoreceptors Using PeakForce Quantitative Nanomechanical Property Mapping

Atomic force microscopy (AFM) uses a pyramidal tip attached to a cantilever to probe the force response of a surface. The deflections of the tip can be measured to ~10 pN by a laser and sectored detector, which can be converted to image topography. Amplitude modulation or &#8220;tapping mode&#8221; AFM involves the probe making intermittent contact with the surface while oscillating at its resonant frequency to produce an image. Used in conjunction with a fluid cell, tapping-mode AFM enables the imaging of biological macromolecules such as proteins in physiologically relevant conditions. Tapping-mode AFM requires manual tuning of the probe and frequent adjustments of a multitude of scanning parameters which can be challenging for inexperienced users. To obtain high-quality images, these adjustments are the most time consuming.
PeakForce Quantitative Nanomechanical Property Mapping (PF-QNM) produces an image by measuring a force response curve for every point of contact with the sample. With ScanAsyst software, PF-QNM can be automated. This software adjusts the set-point, drive frequency, scan rate, gains, and other important scanning parameters automatically for a given sample. Not only does this process protect both fragile probes and samples, it significantly reduces the time required to obtain high resolution images. PF-QNM is compatible for AFM imaging in fluid; therefore, it has extensive application for imaging biologically relevant materials.
The method presented in this paper describes the application of PF-QNM to obtain images of a bacterial red-light photoreceptor, RpBphP3 (P3), from photosynthetic R. palustris in its light-adapted state. Using this method, individual protein dimers of P3 and aggregates of dimers have been observed on a mica surface in the presence of an imaging buffer. With appropriate adjustments to surface and/or solution concentration, this method may be generally applied to other biologically relevant macromolecules and soft materials.

A method for investigating the structure of a protein photoreceptor using atomic force microscopy (AFM) is described in this paper. PeakForce Quantitative Nanomechanical Property Mapping (PF-QNM) reveals intact protein dimers on a mica surface.

PeakForce 양적 나노 기계 대지 매핑을 사용하여 붉은 빛이 광수의 원자 힘 현미경

Atomic force microscopy (AFM) uses a pyramidal tip attached to a cantilever to probe the force response of a surface. The deflections of the tip can be ...

공학

Measuring the Mechanical Properties of Living Cells Using Atomic Force Microscopy

Mechanical properties of cells and extracellular matrix (ECM) play important roles in many biological processes including stem cell differentiation, tumor formation, and wound healing. Changes in stiffness of cells and ECM are often signs of changes in cell physiology or diseases in tissues. Hence, cell stiffness is an index to evaluate the status of cell cultures. Among the multitude of methods applied to measure the stiffness of cells and tissues, micro-indentation using an Atomic Force Microscope (AFM) provides a way to reliably measure the stiffness of living cells. This method has been widely applied to characterize the micro-scale stiffness for a variety of materials ranging from metal surfaces to soft biological tissues and cells. The basic principle of this method is to indent a cell with an AFM tip of selected geometry and measure the applied force from the bending of the AFM cantilever. Fitting the force-indentation curve to the Hertz model for the corresponding tip geometry can give quantitative measurements of material stiffness. This paper demonstrates the procedure to characterize the stiffness of living cells using AFM. Key steps including the process of AFM calibration, force-curve acquisition, and data analysis using a MATLAB routine are demonstrated. Limitations of this method are also discussed.

This paper demonstrates a protocol to characterize the mechanical properties of living cells by means of microindentation using an Atomic Force Microscope (AFM).

원자 힘 현미경을 사용하여 살아있는 세포의 기계적 특성을 측정

Mechanical  properties of cells and extracellular matrix (ECM) play important roles in many  biological processes including stem cell differentiation, ...

생체공학

Studying Dynamic Processes of Nano-sized Objects in Liquid using Scanning Transmission Electron Microscopy

Samples fully embedded in liquid can be studied at a nanoscale spatial resolution with Scanning Transmission Electron Microscopy (STEM) using a microfluidic chamber assembled in the specimen holder for Transmission Electron Microscopy (TEM) and STEM. The microfluidic system consists of two silicon microchips supporting thin Silicon Nitride (SiN) membrane windows. This article describes the basic steps of sample loading and data acquisition. Most important of all is to ensure that the liquid compartment is correctly assembled, thus providing a thin liquid layer and a vacuum seal. This protocol also includes a number of tests necessary to perform during sample loading in order to ensure correct assembly. Once the sample is loaded in the electron microscope, the liquid thickness needs to be measured. Incorrect assembly may result in a too-thick liquid, while a too-thin liquid may indicate the absence of liquid, such as when a bubble is formed. Finally, the protocol explains how images are taken and how dynamic processes can be studied. A sample containing AuNPs is imaged both in pure water and in saline.

This protocol describes the operation of a liquid flow specimen holder for scanning transmission electron microscopy of AuNPs in water, as used for the observation of nanoscale dynamic processes.

스캔 전송 전자 현미경을 사용하여 액체에 나노 크기의 개체의 동적 프로세스를 공부

Samples fully embedded in liquid can be studied at a nanoscale spatial resolution with Scanning Transmission Electron Microscopy (STEM) using a ...

Atomic Force Microscopy Imaging and Force Spectroscopy of Supported Lipid Bilayers

Atomic force microscopy (AFM) is a versatile, high-resolution imaging technique that allows visualization of biological membranes. It has sufficient magnification to examine membrane substructures and even individual molecules. AFM can act as a force probe to measure interactions and mechanical properties of membranes. Supported lipid bilayers are conventionally used as membrane models in AFM studies. In this protocol, we demonstrate how to prepare supported bilayers and characterize their structure and mechanical properties using AFM. These include bilayer thickness and breakthrough force. 
The information provided by AFM imaging and force spectroscopy help define mechanical and chemical properties of membranes. These properties play an important role in cellular processes such as maintaining cell hemostasis from environmental stress, bringing membrane proteins together, and stabilizing protein complexes.

We describe a protocol for preparation of supported lipid bilayers and its characterization using atomic force microscopy and force spectroscopy.

원자 힘 현미경 이미징 및 지원 지질 이중층의 힘 분광학

Atomic force microscopy (AFM) is a versatile, high-resolution imaging technique that allows visualization of biological membranes. It has sufficient ...

Atomic Force Microscopy Combined with Infrared Spectroscopy as a Tool to Probe Single Bacterium Chemistry

Atomic Force Microscopy-Infrared Spectroscopy (AFM-IR) is a novel combinatory technique, enabling simultaneous characterization of physical properties and chemical composition of sample with nanoscale resolution. By combining AFM with IR, the spatial resolution limitation of conventional IR is overcome, enabling a resolution of 20&#8211;100 nm to be achieved. This opens the door for a broad array of new applications of IR toward probing samples smaller than several micrometers, previously unachievable by means of conventional IR microscopy. AFM-IR is eminently suited for bacterial research, providing both spectral and spatial information at the single cell and intracellular level. The increasing global health concerns and unfavorable future prediction regarding bacterial infections, and especially, rapid development of antimicrobial resistance, has created an urgent need for a research tool capable of phenotypic probing at the single cell and subcellular level. AFM-IR offers the potential to address this need, by enabling detail characterization of chemical composition of a single bacterium. Here, we provide a complete protocol for sample preparation and data acquisition of single spectra and mapping modality, for the application of AFM-IR toward bacterial studies.

Atomic Force Microscopy-Infrared Spectroscopy (AFM-IR) provides a powerful platform for bacterial studies, enabling to achieve nanoscale resolution. Both, mapping of subcellular changes (e.g., upon cell division) as well as comparative studies of chemical composition (e.g., arising from drug resistance) can be conducted at a single cell level in bacteria.

원자력 현미경 검사법은 단일 박테리아 화학을 조사하는 도구로 적외선 분광법과 결합

Atomic Force Microscopy-Infrared Spectroscopy (AFM-IR) is a novel combinatory technique, enabling simultaneous characterization of physical properties and ...

Visualizing Solution Structure at Solid-Liquid Interfaces using Three-Dimensional Fast Force Mapping

Amongst the challenges for a variety of research fields are the visualization of solid-liquid interfaces and understanding how they are affected by the solution conditions such as ion concentrations, pH, ligands, and trace additives, as well as the underlying crystallography and chemistry. In this context, three-dimensional fast force mapping (3D FFM) has emerged as a promising tool for investigating solution structure at interfaces. This capability is based on atomic force microscopy (AFM) and allows the direct visualization of interfacial regions in three spatial dimensions with sub-nanometer resolution. Here we provide a detailed description of the experimental protocol for acquiring 3D FFM data. The main considerations for optimizing the operating parameters depending on the sample and application are discussed. Moreover, the basic methods for data processing and analysis are discussed, including the transformation of the measured instrument observables into tip-sample force maps that can be linked to the local solution structure. Finally, we shed light on some of the outstanding questions related to 3D FFM data interpretation and how this technique can become a central tool in the repertoire of surface science.

Here, we present a protocol for using three-dimensional fast force mapping - an atomic force microscopy technique - for visualizing solution structure at solid-liquid interfaces with the subnanometer resolution by mapping the tip-sample interactions within the interfacial region.

Amongst the challenges for a variety of research fields are the visualization of solid-liquid interfaces and understanding how they are affected by the ...

Atomic Force Microscopy Cantilever-Based Nanoindentation: Mechanical Property Measurements at the Nanoscale in Air and Fluid

An atomic force microscope (AFM) fundamentally measures the interaction between a nanoscale AFM probe tip and the sample surface. If the force applied by the probe tip and its contact area with the sample can be quantified, it is possible to determine the nanoscale mechanical properties (e.g., elastic or Young&#39;s modulus) of the surface being probed. A detailed procedure for performing quantitative AFM cantilever-based nanoindentation experiments is provided here, with representative examples of how the technique can be applied to determine the elastic moduli of a wide variety of sample types, ranging from kPa to GPa. These include live mesenchymal stem cells (MSCs) and nuclei in physiological buffer, resin-embedded dehydrated loblolly pine cross-sections, and Bakken shales of varying composition.
Additionally, AFM cantilever-based nanoindentation is used to probe the rupture strength (i.e., breakthrough force) of phospholipid bilayers. Important practical considerations such as method choice and development, probe selection and calibration, region of interest identification, sample heterogeneity, feature size and aspect ratio, tip wear, surface roughness, and data analysis and measurement statistics are discussed to aid proper implementation of the technique. Finally, co-localization of AFM-derived nanomechanical maps with electron microscopy techniques that provide additional information regarding elemental composition is demonstrated.

Quantifying the contact area and force applied by an atomic force microscope (AFM) probe tip to a sample surface enables nanoscale mechanical property determination. Best practices to implement AFM cantilever-based nanoindentation in air or fluid on soft and hard samples to measure elastic modulus or other nanomechanical properties are discussed.

An atomic force microscope (AFM) fundamentally measures the interaction between a nanoscale AFM probe tip and the sample surface. If the force applied by ...

AFMS의 병렬 활성 캔틸레버 어레이를 통해 고처리량 검사 가능

Active Probe Atomic Force Microscopy with Quattro-Parallel Cantilever Arrays for High-Throughput Large-Scale Sample Inspection

An Atomic Force Microscope&#160;(AFM) is&#160;a powerful and versatile tool for nanoscale surface studies to capture 3D topography images of samples. However, due to their limited imaging throughput, AFMs have not been widely adopted for large-scale inspection purposes. Researchers have developed high-speed AFM systems to record dynamic process videos in chemical and biological reactions at tens of frames per second, at the cost of a small imaging area of up to several square micrometers. In contrast, inspecting large-scale nanofabricated structures, such as semiconductor wafers, requires nanoscale spatial resolution imaging of a static sample over hundreds of square centimeters with high productivity. Conventional AFMs use a single passive cantilever probe with an optical beam deflection system, which can only collect one pixel at a time during AFM imaging, resulting in low imaging throughput. This work utilizes an array of active cantilevers with embedded piezoresistive sensors and thermomechanical actuators, which allows simultaneous multi-cantilever operation in parallel operation for increased imaging throughput. When combined with large-range nano-positioners and proper control algorithms, each cantilever can be individually controlled to capture multiple AFM images. With data-driven post-processing algorithms, the images can be stitched together, and defect detection can be performed by comparing them to the desired geometry. This paper introduces principles of the custom AFM using the active cantilever arrays, followed by a discussion on practical experiment considerations for inspection applications. Selected example images of silicon calibration grating, highly-oriented pyrolytic graphite, and extreme ultraviolet lithography masks are captured using an array of four active cantilevers (&#34;Quattro&#34;) with a 125 &#181;m tip separation distance. With more engineering integration, this high-throughput, large-scale imaging tool can provide 3D metrological data for extreme ultraviolet (EUV) masks, chemical mechanical planarization (CMP) inspection, failure analysis, displays, thin-film step measurements, roughness measurement dies, and laser-engraved dry gas seal grooves.

저자 스포트라이트: Quattro-Parallel Cantilever Arrays를 사용한 Active Probe Atomic Force Microscopy 소개

Large-scale sample inspection with nanoscale resolution has a wide range of applications, especially for nanofabricated semiconductor wafers. Atomic force microscopes can be a great tool for this purpose, but are limited by their imaging speed. This work utilizes parallel active cantilever arrays in AFMs to enable high-throughput and large-scale inspections.

고처리량 대규모 시료 검사를 위한 Quattro-Parallel Cantilever 어레이를 사용한 Active Probe Atomic Force Microscopy

An Atomic Force Microscope&#160;(AFM) is&#160;a powerful and versatile tool for nanoscale surface studies to capture 3D topography images of samples. ...

액체의 진폭 변조 원자 힘 현미경과 서브 나노 미터 해상도 이미징

요약

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콜로이드 프로브 Nanoscopy을 사용하여 입자 간 상호 작용의 양적 및 질적 시험

PeakForce 양적 나노 기계 대지 매핑을 사용하여 붉은 빛이 광수의 원자 힘 현미경

원자 힘 현미경을 사용하여 살아있는 세포의 기계적 특성을 측정

스캔 전송 전자 현미경을 사용하여 액체에 나노 크기의 개체의 동적 프로세스를 공부

원자 힘 현미경 이미징 및 지원 지질 이중층의 힘 분광학

원자력 현미경 검사법은 단일 박테리아 화학을 조사하는 도구로 적외선 분광법과 결합

Visualizing Solution Structure at Solid-Liquid Interfaces using Three-Dimensional Fast Force Mapping

Atomic Force Microscopy Cantilever-Based Nanoindentation: Mechanical Property Measurements at the Nanoscale in Air and Fluid

고처리량 대규모 시료 검사를 위한 Quattro-Parallel Cantilever 어레이를 사용한 Active Probe Atomic Force Microscopy

고처리량 대규모 시료 검사를 위한 Quattro-Parallel Cantilever 어레이를 사용한 Active Probe Atomic Force Microscopy