Атомно силовой микроскоп

Атомный силовой микроскоп представляет собой небольшой прибор: в современном дизайне его вес равен около 3-4 кг без учета веса компьютера, контроллера и регистрирующей части. На рисунке 35.5(а) показан прибор ИнеграВита производства Зеленоград (Россия).

а) б) в)

Рис. 35.5 а) Общий вид атомно силового микроскопа, производства МТНД (Зеленоград, Россия) 1 -базовый блок; 2- оптический микроскоп Olympus IX-71; 3 - система видеонаблюдения; 4 - измерительная головка;5- виброизолирующий стол б) Система видеонаблюдения в сборе. Разрешение объектива 3 мкм. в) Схема наблюдения при работе со сканирующими измерительными головками

Как и в методе сканирующей туннельной микроскопии молекула также помещается на пьезостолик, также сканируется тонким острием, однако при этом измеряется не ток в промежутке, а отклонение лазерного луча от укосины, иногда называемого кантилевером, на обратной сторонe которого располагается острие (рис. 35.6).

Рис. 35.6. а) Основные узлы атомно силового микроскопа; б) скульптура Михаила Самуэлевича Паниковского в г. Киеве; в) фотография бабочки бражника с выдержкой 000.1 сек.

В атомно силовых микроскопах для создания изображения линза не используется. Роль «линзы» играет жесткое острие на гибкой консоли (своеобразное удилище для ловли рыбы) которое сканирует и «чувствует» топографию образца. В простейшем случае при использовании контактного способа атомный силовой микроскоп подобен фонографу, когда игла движется вверх и вниз по канавке, копируя её поверхность или со слепым, ощупывающим поверхность вокруг себя тросточкой (рис. 35.6(б)), с тем чтобы проанализировать обстановку перед собой. Похожее движение совершает бабочка–бражник, снимающего нектар с цветка своим хоботком (рис. 35.6(в)).

Микроскоп позволяет фиксировать отклонение консоли меньшее, чем 0.1 нм. Для определения пространственного отклонения консоли наиболее часто используется оптический рычаг, который отражает луч лазера от консоли в четырехсегментный фотодетектор. Такой рычаг является специализированным детектором усиления сигнала движения консоли. Величина пятна, создаваемого лазером в фотодетекторе, пропорциональна отклонению консоли с учетом фактора усиления, который имеет типичное значение 500 – 1000. Это значит, что отклонение консоли на 0.1 нм фиксируется детектором как отклонение на 50-100 нм, которое достаточно для четкого измерения сигнала, генерируемого консолью. Поскольку такой прием является достаточно простым и исследуемая молекула не требует внешнего контрастирования, АСМ находит широкое применение для получения изображения молекул в живых системах. Следует также отметить, что АСМ является мощным методом для проведения манипуляций с одиночными молекулами, поскольку консоль можно использовать в режиме приложения силы к индивидуальным молекулам с тем, чтобы исследовать их механическую стабильность и эластичность.