Микроскопия

     Зонд (вістря, голка) розташований на вільному кінці консолі (рис.9). Зонди в основному виготовляють із таких матеріалів, як кремній Si і Si3N4. Чим менше радіус кривизни і кут сходження вістря, тим менше його вплив на зображення досліджуваного об'єкта. Консоль - це пружна пластинка, по відхиленню якої в принципі можна судити про силу взаємодії вістря із зразком (закон Гука: F = kz).

     Рис. 4. Блок-схема атомно-силового мікроскопа

     Рельєф  досліджуваної поверхні формується, як правило, або в режимі постійної  висоти, або в режимі постійної сили. У першому випадку кантільовери пересувається в горизонтальній площині, і реєструється його відхилення в кожній точці. У другому випадку за допомогою системи зворотних зв'язків постійно підтримується відхилення (прогин) кантільовери, тобто сила взаємодії його зі зразком. Пересування зразка або кантільовери відбувається за допомогою п'єзоелектричного маніпулятора.

     Ще  один часто використовуваний режим - режим переривчастого контакту або tapping mode - у багатьох випадках (в основному, при дослідженні м'яких матеріалів, таких як полімерні ланцюги і різні біооб'єкти) дозволяє підвищити якість одержуваного зображення. При такому способі сканування за допомогою ще одного п'єзоелектричного маніпулятора здійснюються вимушені механічні коливання кантільовери з частотою, близькою до резонансної (зазвичай це десятки та сотні кілогерц) і з амплітудою близько 100 нм. У нижній точці коливань вістря "стосується" зразка. У цьому режимі, як і в будь-якому контактному режимі, можливо проминання зразка голкою. При пересуванні скануючої голки (або зразка) відстежується зміна резонансної амплітуди кантільовери (вона залежить від зовнішньої сили). Даний метод дозволяє підвищити дозвіл мікроскопа при спостереженні об'єктів зі зниженою механічної жорсткістю, оскільки тут усунуто вплив капілярних сил. При такому методі також виключаються різні латеральні сили і сили тертя, які можуть призводити до зміщення структур на площині зразка.

     Безконтактний режим "працює" на Ван-дер-ваальсовому тяжінні. Значить, відстань між зондом і зразком повинна бути не така маленьке і не таке велике. Оскільки нахил кривої енергії Ван-дер-ваальсового тяжіння менше, ніж в області відштовхування, то і сили тяжіння менше сил відштовхування. А оскільки в цьому режимі константа пружності консолі вже повинна бути, навпаки, велика, то для отримання якісного зображення необхідна більш чутлива схема детектування вертикального переміщення кантільовери. Вертикальні відхилення вимірюються, наприклад, високоточними оптичними методами (лазерний промінь відбивається в дзеркалі, закріпленому на кантільовери, і реєструється фотодіодом). Даний режим в порівнянні з попередніми двома використовується не так часто.

     Наочне  тривимірне зображення поверхні виходить лише після відповідної математичної обробки цифрової інформації, в якості якої виступають двовимірні масиви цілих чисел, наприклад, відхилення кантільовери. Існує безліч різних алгоритмів обробки, необхідність використання яких залежить від мети експериментатора і від конкретної ситуації. Адже процес сканування ідеальним не буває - обов'язково з'являються різні флуктуаційні викиди, які треба якось згладжувати або фільтрувати. Доводиться також враховувати теплової дрейф зразка або нелінійності п'єзокерамічного маніпулятора. Зрозуміло, всю обчислювальну роботу виконує комп'ютер і видає в якості результату вже готове зображення.

     Хороша  якість зображення молекул виходить, коли вони занурені в рідину (зазвичай воду). Це відбувається тому, що у воді помітно знижуються сили взаємодії  між зондом і зразком, а, отже, не відбувається "залипання".

     Великий інтерес являє собою вивчення за допомогою атомно-силового мікроскопа живих біологічних об'єктів - бактерій, вірусів, клітин. Вже є роботи, в  яких безпосередньо спостерігали динаміку того чи іншого процесу, наприклад, освіта мікропор в бактеріальної стінці при впливі іонів кальцію. Атомно-силова мікроскопія (як і в цілому зондова мікроскопія) – відносно новий напрямок (а точніше, метод) в науці, і його використання здається зараз просто безмежним. 
 
 

     Література

     Коузов П. А., Основы анализа дисперсного состава промышленных пылен и измельченных материалов, 3 изд., Л., 1987.

     Шиммель Г., Методика электронной микроскопии, пер. с нем., М., 1972;

     Шиммель Г., Растровая электронная микроскопия и рентгеновский микроанализ, пер. с англ., т. 1-2, М., 1984.

     http://uk.wikipedia.org/