نانومتر الفرعي التصوير القرار مع السعة التشكيل الذرية المجهري القوة في السائل

الهدف العام من هذا الإجراء هو تحقيق أعلى دقة ممكنة للتصوير في السائل ، مع تشغيل AFM تجاري وتعديل السعة ، والمعروف أيضا باسم وضع التنصت. تساعد هذه الطريقة في دفع الحد الأقصى لتشغيل AFM القياسي في السائل ، باستخدام أفضل مجموعة من المعلمات للحصول على دقة عالية. الميزة الرئيسية لهذه التقنية هي أنه يمكن استخدامها مع معظم أجهزة AFM التجارية ، وبالتالي فهي لا تتطلب أي معدات متخصصة.

تستهدف الطريقة المعروضة هنا العلماء والفنيين الذين لديهم بالفعل بعض المعرفة الأساسية ب AFM ، ولكنهم يرغبون في الحصول على المزيد من هذه التقنية. لا تستهدف هذه الطريقة أي نوع معين من العينات ، ويمكن تطبيقها على نطاق واسع على عينات من الفيزياء وعلم الأحياء والكيمياء والمواد وعلوم الخدمة. بشكل عام ، سيكافح الأفراد الجدد في هذه التقنية ، لأنها تتطلب بعض الصبر للعثور على أفضل المعلمات لعينة معينة.

صوتنة الحمام الأدوات ، والقرص الذي يدعم الركيزة في المياه النقية للغاية. يليه الأيزوبروبانول ، ومرة أخرى ماء نقي للغاية ، كل منهما لمدة 10 دقائق. عند السعي إلى تحقيق دقة عالية ، يمكن أن يكون لأي تلوث عواقب وخيمة.

ارتد قفازات في جميع الأوقات ، وتأكد من تنظيف أي أسطح أو أدوات تتلامس مع العينة أو الكابولي أو خلية AFM تماما. بعد صوتنة ، جفف كل من الأدوات وقرص العينة تحت تدفق النيتروجين. استخدم قرصا فولاذيا كدعم للميكا ، لتصوير أيونات المعادن الممتصة المفردة.

قم بتنظيف الأسطح التي لا يمكن تنظيفها عن طريق الصوتنة عن طريق مسحها بأنسجة منخفضة الوبر ذات طبقة واحدة مبللة بالماء النقي للغاية والأيزوبروبانول والماء النقي للغاية بالتتابع. اترك السطح يجف في الهواء لمدة تصل إلى 30 دقيقة. بعد ذلك ، قم بإعداد كمية صغيرة من غراء الايبوكسي عن طريق خلط الكواشف جيدا ، وضع حوالي 10 ميكرولتر من الإيبوكسي على قرص عينة فولاذي نظيف.

ضع ركيزة الميكا على الإيبوكسي ، وقم بتثبيتها على القرص الفولاذي عن طريق الضغط على الركيزة. اسمح للإيبوكسي بالشفاء لعدة ساعات عند درجة حرارة مرتفعة وفقا لمواصفات الشركة المصنعة. بعد ذلك ، اضغط بقوة على قطعة من الشريط اللاصق بعرض 2.5 سم على الركيزة ، بحيث يتم تغطية الوجه بالكامل ، وتقشير الطبقة العليا بسلاسة.

كرر هذه العملية مرتين إلى ثلاث مرات حتى تصبح الميكا ناعمة للعين. اغمر شريحة الكابولي في حمام من إيزابروبانول متبوعا بماء نقي للغاية لمدة 60 دقيقة. بعد ذلك ، قم بتعريض الطرف للأشعة فوق البنفسجية لمدة تصل إلى خمس دقائق من أجل تفضيل تكوين مواقع ترطيب مستقرة.

يمكن أن تؤدي أوقات التعرض المفرط الأطول إلى إتلاف الطرف أو زيادة نصف قطر انحناءه. أدخل الكابول في حامل الكابول الخاص ب AFM، وقم بوضع 25 ميكرولترا من سائل التصوير على الكابول وقم بطرفه لترطيب السطح مسبقا. سيؤدي ذلك إلى تقليل ظهور فقاعات الهواء عند الاقتراب من العينة.

قم بإذابة قرص العينة والركيزة على مرحلة العينة وأضف قطرة من سائل التصوير إلى العينة. ثم قم بتوصيل حامل الكابولي ب AFM. اجعل الكابول والعينة على مقربة من بعضهما البعض لتشكيل جسر شعري بين السوائل الموجودة على طرف الكابولي وتلك الموجودة على العينة.

استخدم برنامج AFM لمحاذاة ليزر القياس بالقرب من طرف الكابولي. بعد ذلك ، ابحث عن تردد إقامة الكابولي من الذروة الرئيسية في طيفه الحراري. إذا تمت معايرة انحراف الكابول ، فإن تركيب ذروة الإقامة بنموذج مذبذب توافقي بسيط ينتج عنه ثابت زنبركي للناتئ.

بعد ذلك ، قم بضبط الكابول من خلال إيجاد استجابة السعة الخاصة به عند دفعه خارجيا عبر نطاق من الترددات القريبة من تردد الرنين المحدد في الطيف الحراري. اضبط سعة القيادة بحيث يكون سعة التذبذب الحر حوالي خمسة نانومتر. يتوافق هذا عادة مع 0.2-0.8 فولت في معظم AFM.

بعد ذلك ، اضبط نقطة ضبط السعة على حوالي 80٪ من السعة الحرة. بعد ذلك ، قم بتعيين مكاسب التعليقات عالية نسبيا. بعد التأكد من عدم حدوث عدم استقرار أو رنين ، اضبط معدل المسح الأولي على حوالي هرتز واحد ، وحجم المسح الضوئي على 10 نانومتر.

ابدأ اقتراب الطرف من السطح باستخدام برنامج التحكم AFM. قم بتقييم ما إذا كان الطرف قد وصل إلى السطح دون البدء في التصوير عن طريق تغيير قيمة نقطة الضبط قليلا. إذا كان الطرف على السطح ، فيجب أن يكون التأثير على امتداد منطقة ZPA ضئيلا.

بمجرد وصول الطرف إلى السطح ، اسحب منطقة ZPA وأعد ضبط الكابولي. من المحتمل أن يكون تردد الرنين قد تحول إلى قيمة أقل بسبب تفاعلات عينة الطرف. الآن ، قم بتغيير نقطة الضبط إلى حوالي 80٪ من السعة الحرة المضبوطة حديثا ، وقم بإشراك الكابولي لإجراء مسح 10 × 10 نانومتر مربع للسطح في وضع تعديل السعة للتحقق من أن معلمات التصوير مناسبة.

تحقق من أن ملفات تعريف التتبع والتتبع متراكبة. إذا لم يكن الأمر كذلك ، فقم بتقليل نقطة الضبط بشكل أكبر ، وحاول زيادة المكاسب. إذا أصبحت الصورة صاخبة ، فقم بتقليل المكاسب.

كرر العملية بمنطقة كبيرة من العينة من واحد إلى خمسة ميكرومتر مربع ، بشرط أن يكون ذلك ممكنا. في العينات اللينة أو البيولوجية ، قد يؤدي ذلك إلى تلوث الطرف. قم بتقليل حجم المسح الضوئي إلى قيمة مناسبة لتصور الميزات ذات الاهتمام.

يمكن أن يصل هذا إلى 20 × 20 نانومتر. بعد ذلك ، قم بتقليل سعة محرك الكابول بما يكفي لحلقة التغذية الراجعة لسحب منطقة ZPA تلقائيا ، وتعزيز الطرف من السطح. عندما يكون الكابول بعيدا عن السطح ، اضبط سعة محرك الأقراص بحيث تكون سعة الكابولي من ذروة إلى ذروة نانومتر إلى ذروة.

قم بتقليل نقطة الضبط تدريجيا بخطوات صغيرة ، حتى تمتد منطقة ZPA مرة أخرى نحو السطح ، ويتم استرداد الصورة الأصلية. حافظ على سعة نقطة الضبط بين 75٪ و 95٪ من السعة الحرة الجديدة. بعد ذلك ، أعد ضبط المكاسب ، حيث يمكن استخدام مكاسب أعلى بسعة أقل دون إحداث ضوضاء كبيرة.

قم بتحسين النظام للعثور على أفضل مزيج من السعة الحرة ونقطة الضبط والكسب للحصول على دقة عالية. تعتمد ظروف النظام المثلى على العينة وخصائص ترطيب السائل وكذلك الكابولي المستخدم. بالنسبة للواجهات المحبة للحل ، استخدم الكابوليات بثابت زنبركي من 0.5 إلى نيوتن لكل متر.

باستخدام هذه التقنية ، تم الحصول على صور بدقة نانومتر فرعي على نطاق واسع من العينات. تشمل العينات اللينة الموضحة هنا طبقة ثنائية دهنية ، وأغشية أرجوانية من هالوببكتيريا ساليناروم ، وطبقة أحادية مجمعة ذاتيا من ثاني الجزيئات الأمفيبية ، وبلورات أكوابورين من غشاء عدسة البقر. في كل حالة ، يتم تسليط الضوء على ميزات الاهتمام.

تقلل سعات التذبذب الصغيرة ونقاط الضبط العالية من القوة التي يمارسها الطرف على العينة ، مما يسمح بالتجميعات الذاتية الهشة للدهون في الطبقة الثنائية ، والبروتينات في الأغشية الحيوية الأصلية ، والجزيئات البرمائية ليتم تصويرها في محلول دون ضرر. يمكن تصوير المواد البلورية الأكثر صلابة ، مثل الكالسيت وتيتانيت السترونتيوم وكربيد السيليكون وأيونات المعادن المفردة الممتصة على سطح الميكا باستخدام هذا النهج ، لأنه في كل حالة ، يتم تصوير السائل البيني بشكل فعال ، وليس البلورة نفسها. بمجرد إتقانها ، توفر هذه التقنية دقة المستوى الجزيئي أو الذري في السائل في كل مرة يتم فيها إجراؤها بشكل صحيح تقريبا.

عند محاولة هذا الإجراء ، من المهم أن تضع في اعتبارك أن السائل البيني هو الصور. هذا يعني استخدام ظروف التصوير الناعم. عادة ما يكون تلوث الطرف أو العينة أو السائل هو السبب الرئيسي لعدم تحقيق دقة عالية.

إذا كان لديك أي شك ، فغالبا ما يكون من الجيد تنظيف جميع الأسطح الملامسة للسائل وإعادة استخدام محاليل التصوير. الضوضاء الخارجية ضارة أيضا بالدقة العالية. الأرضية منخفضة الاهتزاز ، بعيدا عن قناة التهوية أفضل.

بعد مشاهدة هذا الفيديو ، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية تحسين معلمات التصوير الخاصة بك لتحقيق AFM عالي الدقة. بالطبع ، كما هو الحال بالنسبة لأي تقنية متطورة ، قد يستغرق الأمر عدة تجارب لمعرفة أفضل طريقة لتصوير عينة ، لذا فإن الصبر هو المفتاح.