54. Сканирлеуші туннельді микроскоптың принципиалды сызбанұсқасын сызыңыз және нанотехнологияда қолданылуын түсіндіріңіз.
Сканирлеуші туннельді микроскопты (СТМ) ІВМ фирмасының Цюрих бөлімшесінде жұмыс істейтін Г.Биннинг пен Г.Рорер 1982 жылы ойлап тапқан болатын. 1986 жылы Г.Биннинг пен Г.Рорер зондты ангстрем үлесіндегі қадаммен қозғалтатын пьезоқозғалтқышты жасағандары үшін Нобель сыйлығына ие болды. СТМ-ның, оның артынан атомдық-күштік микроскоптың және де сканирлеуші зондтық микроскоптардың басқа модификацияларының пайда болуы наноәлемді зерттеуге маңызды қадам жасауға мүмкіндік берді. Сканирлеуші туннельді микроскопта пьезоқозғалтқыш атомдық-өткір металды инені үлгінің өткізгіш бетіне жақындатады(2,4-сурет). Ине мен үлгі бетінің арасына вольттың ондық үлесінен бастап бірге дейін кернеу қойылады. Туннелді тоқтың ағуы ине мен үлгі атомдарының арасындағы қашықтық 1 нм шамасында болғанда басталады. Туннельді токтың табиғаты квантты, ал оның шамасы үлгі бетімен ине арасындағы қашықтықтан тәуелді: егер ине мен үлгі бетінің арасындағы кернеу 1 В шамасында болса және зондтың бетке жақындалуы 1,5-нан 0,8 нм-ге дейін болса, онда ток 1 пикоамперден ондаған наноамперге дейін өзгереді. V кернеу берген кезде І туннельді ток шамасының δ қашықтықтан тәуелділігін келесі формула арқылы бағалауға болады:
І≈kVe-cδ
мұндағы с және к – үлгі мен иненің материалынан аз ғана тәуелді тұрақты деп есептеуге болатын шамалар, с≈2,1·1010м-1. Келтірілген формула туннельді ток шамасына әсер ететін, елеулі фактор санымен байланысты жуықталған сипатқа ие. Мысалы, зондтың формасы, беттік ақаулар,беттегі адсорбцияланған молекулалардың қабығының қалыңдығы (мысалы, судың қабығы) және т.б. Бірақ бұл тәуелділік вакуумде жүргізілетін тәжірибелермен дәлелденген. Осыған ұқсас өрнекке әртүрлі потенциалы бар, үш аймақтың есебіне арналған Шредингер теңдеуін шеше отырып келуге болады. СТМ әдісі жұқа қабықшаларды, кванттық нүктелерді, көміртекті нанотүтікшелерді және т.б. заттарды зерттеу кезінде кең қолданылады. Туннельдік микроскоппен жеке атомдардың орнын ауыстыруға, сонымен қатар күрделі квантты құрылымдарды құруға қол жеткізуге болады. Вакуумды СТМ әдісінің дамуы монокристалдардың бетінің, Лэнгмюр-Блоджеттің қабықшаларының, өздігінен жиналатын моноқабаттардың атомдық құрылысын анықтауға мүмкіндік береді.
55. Атомды-күшті микроскоптың принципиалды сызбанұсқасын сызыңыз және нанотехнологияда қолданылуын түсіндіріңіз Сканирлеуші зондты микроскоптың кең көп таралған түрлерінің бірі. 1985 жылы Г.Бинниг қатты дене бетіндегі атом аралық тебілу күштерін және зонд тарпынан көрстілген қысымды бағалап, зонд пен үлгі бетінің бұзылмайтын балансының мүмкіндігін көрсетті. Ал 1986 жылы Г.Бинниг, Х.Гербер және С.Квайт атомды күшті микроскоптың алғашқы нұсқасын ойлап шығарды. Контилевердің өткір ұшы үлгі және бетпен тікелей контактіде болады. Сканирлеу, қайтымды байланыс жүйесі кантилевердің тұрақты майысу өлшемімен байланысып тұрғанда тұрақты күш режимінде орындалады. Атомды-күштік микроскоптың «жартылай контактілі» жұмыс режимі: Жартылай контактілі жұмыс режимінде де кантилевердің ауытқуы туындайды. Ауытқудың төменгі жартылай периодында кантилевер үлгінің бетін жанап өтеді. Мұндай әдіс толық контактілі және толық контактілі емес жұмыс режимдерінің аралық әдісі болып табылады. (+) (растрлы электронды микроскоппен салыстырғанда):Беттің шынайы үшөлшемді бейнесін береді; Ток өткізбейтін беттерді де зерттей алады; Ауада немесе сұйықта жұмыс істей алады; Рұқсат етуі жоғары. (-) : Сканирлеу өрісінің размерінің кіші болуы; Бейненің сапасы зондтың қисықтық радиусына тәуелді (егер зондты дұрыс таңдамасақ, бейне анық, сапалы болып шықпайды); Үлгі бетін сканирлеуге көп уақыт жұмсайды. Атомды-күштік микроскопия әдісі микроскоптың өлшеуші элементі – ине (сезімтал элементтің көлемі 1-10 нм) және зерттелетін макромолекуланың беткейін сканирлеу арасындағы Ван-дер-Ваальс күштерін мониторинг жасауына негізделген. Байланысуын талдауда макромолекуланың суретте көрініс алуға болады, оның көлемін анықтауға және ауру маркерлерімен зонд молекулаларымен құралған кешенді табу: мысалы, фермент-субстрат, антиген-антидене және т.б. кешендерді. Нанотехнология in vitro - дағыдиагностикада екі бағытта дамиды:
- нанобөлшектерді биологиялық молекулалар маркерлері ретінде қолдану;
- инновациялық нанотехнологиялық өлшеу тәсілдерін қолдану.