Karelya Devlet Pedagoji Üniversitesi

Taramalı prob mikroskobu

Tamamlayan: Barbara O.

554 gr. (2007)

Taramalı prob mikroskobu (SPM), yapısı ve çalışma prensibi

Taramalı prob mikroskobu (SPM)- Yüksek uzaysal çözünürlüğe sahip katı bir yüzeyin morfolojisini ve yerel özelliklerini incelemek için güçlü modern yöntemlerden biri

Modern taramalı mikroskopların türleri ve uygulamalarının çeşitliliğine rağmen, çalışmaları benzer prensiplere dayanmaktadır ve tasarımları birbirlerinden çok az farklıdır. Şek. Şekil 1, taramalı prob mikroskobunun (SPM) genelleştirilmiş bir diyagramını göstermektedir.

Şekil 1 Taramalı prob mikroskobunun (SPM) genelleştirilmiş diyagramı.

Çalışma prensibi aşağıdaki gibidir. Kaba bir konumlandırma sistemi kullanılarak ölçüm probu test numunesinin yüzeyine getirilir. Numune ve prob yüzlerce nm'den daha az bir mesafeye yaklaştığında prob, analiz edilen yüzeyin yüzey yapılarıyla etkileşime girmeye başlar. Prob, yüzeyin prob iğnesi ile taranmasını sağlayan bir tarama cihazı kullanarak numunenin yüzeyi boyunca hareket eder. Genellikle yüzeyine üç çift ayrılmış elektrotun uygulandığı piezoseramiklerden yapılmış bir tüptür. Piezotüp üzerine uygulanan Ux ve Uy gerilimlerinin etkisi altında bükülür, böylece probun X ve Y eksenleri boyunca numuneye göre hareket etmesini sağlar, Uz geriliminin etkisi altında sıkıştırılır veya gerilir; iğne-numune mesafesini değiştirin.

Kristallerdeki piezoelektrik etki, 1880 yılında, mekanik stresin etkisi altında kuvars kristalinden belirli bir yönelimde kesilmiş plakaların yüzeyinde elektrostatik yüklerin görünümünü gözlemleyen P. ve J. Curie kardeşler tarafından keşfedildi. Bu yükler mekanik stresle orantılıdır, onunla işaret değiştirir ve kaldırıldığında kaybolur.

Bir dielektrik yüzeyinde elektrostatik yüklerin oluşması ve mekanik strese maruz kalma sonucu içinde elektriksel polarizasyonun meydana gelmesine doğrudan piezoelektrik etki denir.

Doğrudan olanın yanı sıra, kendisine uygulanan bir elektrik alanının etkisi altında bir piezoelektrik kristalden kesilmiş bir plakada mekanik deformasyonun meydana gelmesinden oluşan ters bir piezoelektrik etki vardır; Ayrıca mekanik deformasyonun büyüklüğü elektrik alan kuvvetiyle orantılıdır. Piezoelektrik etki yalnızca katı dielektriklerde, çoğunlukla kristalin olanlarda gözlenir. Simetri merkezine sahip yapılarda, hiçbir tekdüze deformasyon kristal kafesin iç dengesini bozamaz ve bu nedenle simetri merkezi olmayan yalnızca 20 kristal sınıfı piezoelektriktir. Bir simetri merkezinin bulunmaması, piezoelektrik etkinin varlığı için gerekli ancak yeterli olmayan bir koşuldur ve bu nedenle tüm asentrik kristaller buna sahip değildir.

Katı amorf ve kriptokristalin dielektriklerde piezoelektrik etki gözlenemez. (Piezoelektrikler – tek kristaller: Kuvars. Kuvarsın piezoelektrik özellikleri, radyo frekanslarını stabilize etmek ve filtrelemek, ultrasonik titreşimler oluşturmak ve mekanik miktarları ölçmek için teknolojide yaygın olarak kullanılmaktadır. Turmalin. Turmalinin en büyük avantajı kısmi katsayı değerinin kuvarsla karşılaştırıldığında daha yüksek olmasıdır. Bundan ve turmalinin daha yüksek mekanik mukavemetinden dolayı, daha yüksek frekanslar için rezonatörler üretmek mümkündür.

Şu anda turmalin, piezoelektrik rezonatörlerin üretiminde pek kullanılmamaktadır ve hidrostatik basıncı ölçmek için sınırlı bir kullanıma sahiptir.

Rochette tuzu. Rochelle tuzundan yapılan piezoelektrik elemanlar, nispeten dar bir sıcaklık aralığında çalışan ekipmanlarda, özellikle ses alıcılarında yaygın olarak kullanıldı. Ancak günümüzde bunların yerini neredeyse tamamen seramik piezoelemanlar almıştır.

Prob konum sensörü, probun numuneye göre konumunu sürekli olarak izler ve bir geri bildirim sistemi aracılığıyla, bununla ilgili verileri tarayıcının hareketini kontrol eden bilgisayar sistemine iletir. Bir sonda ile bir yüzey arasındaki etkileşim kuvvetlerini kaydetmek için genellikle sondanın ucundan yansıyan yarı iletken lazer ışınının sapmasını kaydetmeye dayanan bir yöntem kullanılır. Bu tip mikroskoplarda, yansıyan bir ışık demeti, diferansiyel devreye göre bağlanan iki veya dört bölümlü bir fotodiyotun merkezine düşer. Bilgisayar sistemi, tarayıcıyı kontrol etmenin yanı sıra, sondadan gelen verileri işlemeye, yüzey araştırması sonuçlarını analiz etmeye ve görüntülemeye de hizmet eder.

Gördüğünüz gibi mikroskobun yapısı oldukça basittir. Ana ilgi alanı, probun incelenen yüzeyle etkileşimidir. Belirli bir taramalı prob mikroskobunun yeteneklerini ve uygulama kapsamını belirleyen etkileşim türüdür. (slayt) Adından da anlaşılacağı gibi taramalı prob mikroskobunun ana unsurlarından biri probtur. Tüm taramalı prob mikroskoplarının ortak özelliği, incelenen yüzeyin özellikleri hakkında bilgi edinme yöntemidir. Mikroskobik prob, prob ile numune arasında belirli bir nitelikteki etkileşimler dengesi kuruluncaya kadar yüzeye yaklaşır ve ardından tarama gerçekleştirilir.

Taramalı tünel mikroskobu (STM), yapısı ve çalışma prensibi

SPM'nin ilk prototipi, 1981'de icat edilen taramalı tünelleme mikroskobu (STM) idi. Zürih'teki IBM Araştırma Laboratuvarı'ndaki bilim insanları, Gerhard Binnig ve Heinrich Röhrer tarafından. Onun yardımıyla ilk kez atomik çözünürlüklü yüzeylerin gerçek görüntüleri, özellikle silikon yüzey üzerinde 7x7 yeniden yapılanma elde edildi (Şekil 2).

Şekil 3 Monokristalin silikon yüzeyinin STM görüntüsü. Yeniden Yapılanma 7 x 7

Şu anda bilinen tüm SPM yöntemleri üç ana gruba ayrılabilir:

– taramalı tünelleme mikroskobu; STM, prob olarak keskin, iletken bir iğne kullanır

Uç ile numune arasına bir öngerilim voltajı uygulanırsa, iğnenin ucu numuneye yaklaşık 1 nm'lik bir mesafede yaklaştığında, aralarında büyüklüğü iğne-numune mesafesine bağlı olan bir tünel akımı belirir. ve voltajın polaritesinin yönü (Şekil 4). İğne ucu incelenen yüzeyden uzaklaştıkça tünel açma akımı azalır, yaklaştıkça artar. Böylece belirli yüzey noktalarında tünel açma akımına ilişkin verileri kullanarak yüzey topoğrafyasının bir görüntüsünü oluşturmak mümkündür.

Şekil 4 Tünel akımının oluşum şeması.

– atomik kuvvet mikroskobu; iğnenin yüzeye olan çekim kuvvetinin noktadan noktaya değişimini kaydeder. İğne, bilinen bir sertliğe sahip olan ve incelenen yüzey ile ucun ucu arasında ortaya çıkan küçük van der Waals kuvvetlerinin etkisi altında bükülme kapasitesine sahip olan bir konsol kirişinin (konsol) ucunda bulunur. Konsolun deformasyonu, arka yüzeyine gelen bir lazer ışınının saptırılmasıyla veya bükülme sırasında konsolun kendisinde meydana gelen piezo-direnç etkisi kullanılarak kaydedilir;

– yakın alan optik mikroskopisi; buradaki prob, numuneye bakan ucunda ışığın dalga boyundan daha küçük bir çapa kadar sivrilen bir optik dalga kılavuzudur (fiber). Bu durumda, ışık dalgası dalga kılavuzundan uzun bir mesafe boyunca ayrılmaz, ancak ucundan yalnızca hafifçe "düşer". Dalga kılavuzunun diğer ucuna bir lazer ve serbest uçtan yansıyan bir ışık alıcısı yerleştirilmiştir. İncelenen yüzey ile sondanın ucu arasında küçük bir mesafede, yüzeyin üç boyutlu görüntüsünün oluşturulmasında kullanılan bir sinyal görevi gören yansıyan ışık dalgasının genliği ve fazı değişir.

Tünel açma akımına veya iğne ile yüzey arasındaki mesafeye bağlı olarak taramalı tünelleme mikroskobunun iki çalışma modu mümkündür. Sabit yükseklik modunda iğnenin ucu numunenin üzerinde yatay bir düzlemde hareket eder ve tünelleme akımı ona olan mesafeye bağlı olarak değişir (Şekil 5a). Bu durumda bilgi sinyali, numune yüzeyinin her tarama noktasında ölçülen tünelleme akımının büyüklüğüdür. Tünel akımının elde edilen değerlerine dayanarak topoğrafyanın bir görüntüsü oluşturulur.

Pirinç. 5. STM çalışma şeması: a - sabit yükseklik modunda; b - doğru akım modunda

Sabit akım modunda, mikroskop geri besleme sistemi, her tarama noktasında iğne-numune mesafesini ayarlayarak sabit bir tünelleme akımı sağlar (Şekil 5b). Tünel akımındaki değişiklikleri izler ve bu değişiklikleri telafi etmek için tarama cihazına uygulanan voltajı kontrol eder. Yani akım arttığında geri besleme sistemi probu numuneden uzaklaştırır, azaldığında ise yaklaştırır. Bu modda görüntü, tarama cihazının dikey hareketlerinin büyüklüğüne ilişkin verilere dayanarak oluşturulur.

Her iki modun da avantajları ve dezavantajları vardır. Sabit yükseklik modu daha hızlı sonuçlar sağlar, ancak yalnızca nispeten pürüzsüz yüzeyler için. Sabit akım modunda düzensiz yüzeyler yüksek doğrulukla ölçülebilir ancak ölçümler daha uzun sürer.

Yüksek hassasiyete sahip taramalı tünelleme mikroskopları insanlığa iletken ve yarı iletkenlerin atomlarını görme olanağı sağlamıştır. Ancak tasarım sınırlamaları nedeniyle iletken olmayan malzemelerin STM kullanılarak görüntülenmesi imkansızdır. Ek olarak, bir tünel mikroskobunun yüksek kalitede çalışması için, özellikle vakumda çalışma ve özel numune hazırlama gibi çok katı koşulların yerine getirilmesi gerekir. Dolayısıyla Binnig ve Röhrer'in ilk krepinin topak topak çıktığı söylenemese de ürün biraz çiğ çıktı.

Beş yıl geçti ve Gerhard Binning, Calvin Quaite ve Christopher Gerber ile birlikte, aynı 1986'da atomik kuvvet mikroskobu (AFM) adını verdikleri yeni bir mikroskop tipi icat etti. G. Binnig ve H. Röhrer Nobel Fizik Ödülü'ne layık görüldü. Yeni mikroskop, öncülünün sınırlamalarının üstesinden gelmeyi mümkün kıldı. AFM kullanılarak hem iletken hem de iletken olmayan malzemelerin yüzeyini atomik çözünürlükte ve atmosferik koşullar altında görüntülemek mümkündür. Atomik kuvvet mikroskoplarının ek bir avantajı, yüzeylerin topografyasını ölçmenin yanı sıra elektriksel, manyetik, elastik ve diğer özelliklerini görselleştirme yeteneğidir.

Atomik kuvvet mikroskobu (AFM), yapısı ve çalışma prensibi

ACM'nin en önemli bileşeni (Atomik kuvvet mikroskobu) tarama problarıdır - konsollar; mikroskobun özellikleri doğrudan konsolun özelliklerine bağlıdır;

Konsol, belirli bir sertlik katsayısına sahip esnek bir kiriştir (175x40x4 mikron - ortalama veri) k(10-3 – 10 N/m), ucunda mikro iğne bulunmaktadır (Şekil 1). Eğrilik yarıçapının değişim aralığı R AFM'nin gelişmesiyle iğne ucu 100 nm'den 5 nm'ye değişti. Açıkçası, bir azalma ile R Mikroskop daha yüksek çözünürlüklü görüntülere izin verir. İğne ucu açısı A- ayrıca görüntü kalitesinin bağlı olduğu probun önemli bir özelliği. A farklı konsollarda 200 ila 700 arasında değişmektedir, daha küçük olduğunu varsaymak zor değildir. A ortaya çıkan görüntünün kalitesi o kadar yüksek olur.

https://pandia.ru/text/78/034/images/image007_32.gif" width="113 height=63" height="63">,

bu nedenle artırmak w0 Konsolun uzunluğu (sertlik katsayısının bağlı olduğu) birkaç mikron mertebesindedir ve kütle 10-10 kg'ı geçmez. Çeşitli konsolların rezonans frekansları 8 ila 420 kHz arasındadır.

AFM kullanılarak tarama yöntemi aşağıdaki gibidir (Şekil 2) : Prob iğnesi numunenin yüzeyinin üzerinde bulunurken prob, TV'deki katot ışın tüpündeki bir ışın gibi numuneye göre hareket eder (satır satır tarama). Probun yüzeyine yönlendirilen (numunenin manzarasına göre bükülen) bir lazer ışını yansıtılır ve ışının sapmalarını kaydeden bir fotodetektöre çarpar. Bu durumda iğnenin tarama sırasında sapmasına numune yüzeyinin ucuyla atomlar arası etkileşimi neden olur. Fotodedektör sinyallerinin bilgisayarla işlenmesini kullanarak, incelenen numunenin yüzeyinin üç boyutlu görüntülerini elde etmek mümkündür.

https://pandia.ru/text/78/034/images/image009_11.jpg" genişlik = "250" yükseklik = "246">
Pirinç. 8. Atomlar arası etkileşim kuvvetinin uç ile numune arasındaki mesafeye bağımlılığı

Prob ile yüzey arasındaki etkileşim kuvvetleri kısa menzilli ve uzun menzilli olarak ikiye ayrılır. İğne ucundaki ve yüzeydeki atomların elektron kabukları mesafe arttıkça hızla düştüğünde, 1-10 A civarında kısa menzilli kuvvetler ortaya çıkar. İğne ucunun yalnızca birkaç atomu (limit birde) yüzey atomlarıyla kısa mesafeli etkileşime girer. Bu tür bir kuvvet kullanarak bir yüzeyi görüntülerken AFM temas modunda çalışır.

Prob iğnesi numunenin yüzeyine dokunduğunda temaslı tarama modu, tarama sırasında aralıklı mod - prob periyodik olarak numunenin yüzeyine dokunduğunda ve prob taranan yüzeyden birkaç nanometre uzakta olduğunda temassız mod vardır. (sonda ve numune arasındaki etkileşim kuvvetlerinin kesin olarak belirlenmesi pratik olarak zor olduğundan, ikinci tarama modu nadiren kullanılır).

Özel etiketin olanakları

STM'ye yalnızca bireysel atomları ayırt etmek değil aynı zamanda şekillerini belirlemek de öğretildi.
Çoğu kişi, bir sonraki adım zaten atıldığında, taramalı tünelleme mikroskoplarının (STM) tek tek atomları tanıyabildiğini henüz tam olarak anlamadı: artık atomları bile belirlemek mümkün hale geldi. formlar gerçek uzayda tek bir atomun şekli (daha kesin olarak atom çekirdeği etrafındaki elektron yoğunluğu dağılımının şekli).

Yakın alan optik mikroskobu, yapısı ve çalışma prensibi

Yakın alan optik mikroskopisi; buradaki prob, numuneye bakan ucunda ışığın dalga boyundan daha küçük bir çapa kadar sivrilen bir optik dalga kılavuzudur (fiber). Bu durumda, ışık dalgası dalga kılavuzundan uzun bir mesafe boyunca ayrılmaz, ancak ucundan yalnızca hafifçe "düşer". Dalga kılavuzunun diğer ucuna bir lazer ve serbest uçtan yansıyan bir ışık alıcısı yerleştirilmiştir. İncelenen yüzey ile sondanın ucu arasında küçük bir mesafede, yüzeyin üç boyutlu görüntüsünün oluşturulmasında kullanılan bir sinyal görevi gören yansıyan ışık dalgasının genliği ve fazı değişir.

Işığı 50-100 nm çapında bir diyaframdan geçmeye zorlarsanız ve onu incelenen numunenin yüzeyine birkaç on nanometre mesafeye yaklaştırırsanız, o zaman böyle bir " "'yi noktadan yüzey boyunca hareket ettirerek işaret etmek (ve yeterince hassas bir dedektöre sahip olmak), bu numunenin optik özelliklerini delik boyutuna karşılık gelen yerel bir alanda inceleyebilirsiniz.

Taramalı yakın alan optik mikroskobu (SNOM) tam olarak bu şekilde çalışır. Deliğin rolü (dalga boyu diyaframı) genellikle bir ucu sivri uçlu ve ucun en ucundaki küçük bir alan (çapı) dışında her yerde ince bir metal tabaka ile kaplanmış bir optik fiber tarafından gerçekleştirilir. tozsuz” alan sadece 50-100 nm'dir). Diğer uçtan lazerden gelen ışık böyle bir fibere girer.

Aralık 2005." href="/text/category/dekabrmz_2005_g_/" rel="bookmark">Aralık 2005 ve Rusya Devlet Üniversitesi Fizik Fakültesi Nanoteknoloji Bölümü'nün temel laboratuvarlarından biridir. Laboratuvarda 4 set bulunmaktadır. NanoEducator taramalı prob mikroskopları, NT-MDT (Zelenograd, Rusya) şirketi tarafından laboratuvar çalışmaları için özel olarak geliştirilmiştir. Cihazlar öğrenci kitlesine yöneliktir: tamamen bilgisayar kontrollüdürler, basit ve sezgisel bir arayüze sahiptirler ve animasyon desteğine sahiptirler. tekniklerin adım adım geliştirilmesi.

Şekil 10 Taramalı prob mikroskobu laboratuvarı

Taramalı prob mikroskobunun geliştirilmesi, nanoteknolojinin yeni bir yönü olan prob nanoteknolojisinin geliştirilmesinin temelini oluşturdu.

Edebiyat

1. Binnig G., Rohrer H., Gerber Ch., Weibel E. 7 i 7 Gerçek Uzayda Çözülmüş Si(111) Üzerinde Yeniden Yapılanma // Phys. Rev. Lett. 1983. Cilt. 50, No. 2. S. 120-123. Bu ünlü yayın, özel etiketleme çağını başlattı.

2.http://www. *****/obrazovanie/stsoros/1118.html

3.http://ru. wikipedia. kuruluş

4.http://www. *****/SPM-Techniques/Prensipler/aSNOM_techniques/Scanning_Plasmon_Near-field_Microskopi_mode94.html

5. http://scireg. *****.

6.http://www. *****/article_list. HTML

Piezoelektrik mikro yer değiştirme tarayıcıları üzerine araştırma.

Çalışmanın amacı: Piezoelektrik tarayıcılar kullanılarak uygulanan taramalı prob mikroskobunda nesnelerin mikro hareketlerini sağlamanın fiziksel ve teknik prensiplerinin incelenmesi

giriiş

Taramalı prob mikroskobu (SPM), katı yüzeylerin özelliklerini incelemek için güçlü, modern yöntemlerden biridir. Şu anda yüzey fiziği ve mikroteknoloji alanında neredeyse hiçbir araştırma SPM yöntemleri kullanılmadan tamamlanmamaktadır.

Taramalı prob mikroskobunun ilkeleri, nano ölçekli katı hal yapıları (1 nm = 10 A) oluşturmaya yönelik teknolojinin geliştirilmesinde temel bir temel olarak kullanılabilir. İnsan yapımı nesneler yaratmanın teknolojik uygulamasında ilk kez, endüstriyel ürünlerin imalatında atomik montaj ilkelerinin kullanılması sorunu gündeme geliyor. Bu yaklaşım, çok sınırlı sayıda bireysel atom içeren cihazların uygulanmasına yönelik umutları açıyor.

Prob mikroskop ailesinin ilki olan taramalı tünel mikroskobu (STM), 1981 yılında İsviçreli bilim adamları G. Binnig ve G. Rohrer tarafından icat edildi. Çalışmalarında bunun, yüksek uzaysal çözünürlüğe sahip yüzeyleri atomik düzene kadar incelemenin oldukça basit ve çok etkili bir yolu olduğunu gösterdiler. Bu teknik, bir dizi malzemenin yüzeyinin atomik yapısının ve özellikle de silikonun yeniden yapılandırılmış yüzeyinin görselleştirilmesinden sonra gerçek anlamda tanındı. 1986 yılında G. Binnig ve G. Poper, tünel mikroskobunun yaratılması nedeniyle Nobel Fizik Ödülü'ne layık görüldü. Tünel mikroskobunun ardından atomik kuvvet mikroskobu (AFM), manyetik kuvvet mikroskobu (MFM), elektrik kuvvet mikroskobu (EFM), yakın alan optik mikroskobu (NOM) ve benzer çalışma prensibine sahip olan ve adı verilen daha birçok cihaz bulunmaktadır. taramalı prob mikroskopları.

1. Taramalı prob mikroskoplarının genel çalışma prensipleri

Taramalı prob mikroskoplarında, yüzeyin mikrorölyef ve lokal özelliklerinin incelenmesi, özel olarak hazırlanmış iğne tipi problar kullanılarak gerçekleştirilir. Bu tür probların (uç) çalışma kısmının eğrilik yarıçapı, on nanometre mertebesinde boyutlara sahiptir. Prob mikroskoplarında prob ile numune yüzeyi arasındaki karakteristik mesafe 0,1 – 10 nm mertebesindedir.

Prob mikroskoplarının çalışması, prob ile numunelerin yüzey atomları arasındaki çeşitli fiziksel etkileşim türlerine dayanmaktadır. Bu nedenle, bir tünelleme mikroskobunun çalışması, bir metal iğne ile iletken bir numune arasında akan tünelleme akımı olgusuna dayanmaktadır; Atomik kuvvet, manyetik kuvvet ve elektrik kuvvet mikroskoplarının çalışmasının temelinde çeşitli kuvvet etkileşimleri yatmaktadır.

Çeşitli prob mikroskoplarının doğasında bulunan ortak özellikleri ele alalım. Probun yüzeyle etkileşiminin bazı parametrelerle karakterize edilmesine izin verin R. Parametrenin yeterince keskin ve bire bir bağımlılığı varsa R prob-numune mesafesinde P = P(z), daha sonra bu parametre, prob ile numune arasındaki mesafeyi kontrol eden bir geri bildirim sistemini (FS) düzenlemek için kullanılabilir. Şek. Şekil 1, bir taramalı prob mikroskobunun geri bildirimini düzenlemenin genel prensibini şematik olarak göstermektedir.

Pirinç. 1. Prob mikroskobu geri bildirim sisteminin şeması

Geri bildirim sistemi parametre değerini korur R sabit, değere eşit Ro operatör tarafından belirtilir. Prob-yüzey mesafesi değişirse (örneğin artarsa), parametrede bir değişiklik (artış) meydana gelir R. OS sisteminde değerle orantılı bir fark sinyali üretilir. P= P - Po gerekli değere yükseltilen ve aktüatör elemanı IE'ye sağlanan. Aktüatör bu fark sinyalini işler, fark sinyali sıfır olana kadar probu yüzeye yaklaştırır veya uzaklaştırır. Bu sayede uç-numune mesafesi yüksek doğrulukla korunabilmektedir. Mevcut prob mikroskoplarında, prob-yüzey mesafesini korumanın doğruluğu ~0,01 Å'a ulaşır. Prob numunenin yüzeyi boyunca hareket ettiğinde etkileşim parametresi değişir. R yüzey topoğrafyasından kaynaklanmaktadır. OS sistemi bu değişiklikleri işler, böylece prob X, Y düzleminde hareket ettiğinde aktüatördeki sinyalin yüzey topoğrafyasıyla orantılı olduğu ortaya çıkar.

Bir SPM görüntüsü elde etmek için numunenin özel olarak organize edilmiş bir tarama işlemi gerçekleştirilir. Tarama sırasında, prob ilk önce numune üzerinde belirli bir çizgi boyunca hareket eder (hat taraması), bu sırada aktüatör üzerindeki yüzey topografyasıyla orantılı sinyal değeri bilgisayar belleğine kaydedilir. Prob daha sonra başlangıç ​​noktasına döner ve bir sonraki tarama çizgisine (kare tarama) geçer ve işlem tekrar tekrarlanır. Tarama sırasında bu şekilde kaydedilen geri bildirim sinyali bir bilgisayar tarafından işlenir ve ardından yüzey kabartmasının SPM görüntüsü Z = f(x,y) bilgisayar grafikleri kullanılarak oluşturulmuştur. Yüzey topografyasının incelenmesinin yanı sıra, prob mikroskopları çeşitli yüzey özelliklerinin incelenmesini mümkün kılar: mekanik, elektriksel, manyetik, optik ve diğerleri.

Taramalı prob mikroskopları Tüm taramalı prob mikroskoplarının ortak özelliği, incelenen yüzeyin özellikleri hakkında bilgi edinme yöntemidir. Mikroskobik prob, prob ve numune arasında belirli bir nitelikteki etkileşimler dengesi kuruluncaya kadar yüzeye yaklaşır ve ardından tarama gerçekleştirilir.

ULTRA YÜKSEK VAKUM TARAMA TÜNELİ MİKROSKOBU GPI SPM ultra yüksek vakum tarama tüneli mikroskobu. Uygulama alanları: kimyasal ve fotokimyasal reaksiyonlar, kataliz, püskürtme, yarı iletken teknolojileri, adsorpsiyon, iyonlar, elektronlar ve diğer parçacıklarla yüzey modifikasyonu, nanoteknoloji, atom manipülasyonu.

Atomik kuvvet mikroskobu AFM'nin (Atomik Kuvvet Mikroskobu) en önemli bileşeni tarama problarıdır - konsollar; mikroskobun özellikleri doğrudan konsolun özelliklerine bağlıdır. Moskova Devlet Üniversitesi Fizik Fakültesi laboratuvarında elde edilen NCS16 konsolunun görüntüsü. Prob doğal frekansı

Atomik kuvvet elektron mikroskobu (AFM) İğnenin yüzeye olan çekim kuvvetinin noktadan noktaya değişimini kaydeder. Konsolun deformasyonu, arka yüzeyine gelen bir lazer ışınının saptırılmasıyla veya bükülme sırasında konsolun kendisinde meydana gelen piezo-direnç etkisi kullanılarak kaydedilir;

Taramalı yakın alan optik mikroskobu (SNOM) Işık, geleneksel bir optik mikroskobun merceği tarafından odaklandığında üretilen kırınım modeli. Görüntü SNOM (Integra Solaris, NT-MDT) kullanılarak elde edilmiştir, optik sinyal yoğunluğu dağılımı sahte renkte kodlanmıştır (ölçek sağda gösterilmiştir).

Nanonesneleri gözlemlemeyi ve hareket ettirmeyi mümkün kılan ilk cihazlar, taramalı prob mikroskoplarıydı; atomik kuvvet mikroskobu ve benzer prensiple çalışan taramalı tünel mikroskobu. Atomik kuvvet mikroskobu (AFM), bu araştırmasıyla 1986 yılında Nobel Ödülü'ne layık görülen G. Binnig ve G. Rohrer tarafından geliştirildi. Bireysel atomlar arasında ortaya çıkan çekim ve itme kuvvetlerini hissedebilen bir atomik kuvvet mikroskobunun yaratılması, sonunda nanonesnelere “dokunmayı ve görmeyi” mümkün kıldı.

Şekil 9. Taramalı prob mikroskobunun çalışma prensibi (http://www.nanometer.ru/2007/06/06/atomno_silovaa_mikroskopia_2609.html# adresinden alınmıştır). Noktalı çizgi lazer ışınının yolunu gösterir. Diğer açıklamalar metin içerisinde yer almaktadır.

AFM'nin temeli (bkz. Şekil 9), genellikle silikondan yapılmış ve ince bir konsol plakasını temsil eden bir sondadır (buna İngilizce "konsol" kelimesinden - konsol, kirişten konsol denir). Konsolun sonunda (uzunluk » 500 µm, genişlik » 50 µm, kalınlık » 1 µm) çok keskin bir sivri uç vardır (uzunluk » 10 µm, 1 ila 10 nm arası eğrilik yarıçapı), tekli bir grupla sonlanır veya daha fazla atom (bkz. Şekil 10).

Şekil 10. Aynı probun düşük (üst) ve yüksek büyütmede çekilmiş elektron mikrofotoğrafları.

Mikroprob numunenin yüzeyi boyunca hareket ettiğinde, çivinin ucu yükselir ve alçalır, tıpkı bir gramofon kaleminin bir gramofon plağı boyunca kayması gibi, yüzeyin mikro-rölyefinin ana hatlarını çizer. Konsolun çıkıntılı ucunda (sivri ucun üstünde, bkz. Şekil 9), üzerine lazer ışınının düştüğü ve yansıtıldığı bir ayna alanı vardır. Sivri uç düz olmayan yüzeylere indirilip kaldırıldığında, yansıyan ışın saptırılır ve bu sapma bir fotodetektör tarafından kaydedilir ve sivri ucun yakındaki atomlara çekildiği kuvvet bir piezoelektrik sensör tarafından kaydedilir.

Fotodetektörden ve piezoelektrik sensörden gelen veriler, örneğin mikroprob ile numune yüzeyi arasındaki etkileşim kuvvetinin sabit bir değerini sağlayabilen bir geri bildirim sisteminde kullanılır. Sonuç olarak, gerçek zamanlı olarak numune yüzeyinin hacimsel bir kabartmasını oluşturmak mümkündür. AFM yönteminin çözünürlüğü yatay olarak yaklaşık 0,1-1 nm, dikey olarak ise 0,01 nm'dir. Taramalı prob mikroskobu kullanılarak elde edilen Escherichia coli bakterisinin görüntüsü Şekil 2'de gösterilmektedir. 11.

Şekil 11. Escherichia coli bakterisi ( Escherichia coli). Görüntü bir taramalı prob mikroskobu kullanılarak elde edildi. Bakterinin uzunluğu 1,9 mikron, genişliği ise 1 mikrondur. Flagella ve kirpiklerin kalınlığı sırasıyla 30 nm ve 20 nm'dir.

Başka bir taramalı prob mikroskobu grubu, yüzey kabartması oluşturmak için kuantum mekaniksel “tünel etkisi” olarak adlandırılan yöntemi kullanır. Tünel etkisinin özü, keskin bir metal iğne ile yaklaşık 1 nm mesafede bulunan bir yüzey arasındaki elektrik akımının bu mesafeye bağlı olmaya başlamasıdır - mesafe ne kadar küçükse, akım o kadar büyük olur. İğne ile yüzey arasına 10 V'luk bir voltaj uygulanırsa bu "tünel" akımı 10 pA ile 10 nA arasında değişebilir. Bu akımı ölçerek ve sabit tutarak iğne ile yüzey arasındaki mesafeyi de sabit tutabilirsiniz. Bu, yüzeyin hacimsel bir profilini oluşturmanıza olanak tanır (bkz. Şekil 12). Atomik kuvvet mikroskobundan farklı olarak, taramalı tünelleme mikroskobu yalnızca metallerin veya yarı iletkenlerin yüzeylerini inceleyebilir.

Şekil 12. İncelenen yüzeyin atom katmanlarının üzerinde sabit bir mesafede (oklara bakınız) bulunan taramalı tünelleme mikroskobunun iğnesi.

Bir atomu operatör tarafından seçilen bir noktaya taşımak için taramalı tünelleme mikroskobu da kullanılabilir. Örneğin, mikroskop iğnesi ile numunenin yüzeyi arasındaki voltaj, bu yüzeyi incelemek için gerekenden biraz daha yükseğe çıkarılırsa, ona en yakın olan numune atomu bir iyona dönüşür ve iğneye "sıçrayır". Bundan sonra, iğneyi hafifçe hareket ettirerek ve voltajı değiştirerek, kaçan atomu numunenin yüzeyine geri "zıplamaya" zorlayabilirsiniz. Bu şekilde atomları manipüle etmek ve nanoyapılar oluşturmak mümkündür. yüzeydeki nanometre mertebesinde boyutlara sahip yapılar. 1990 yılında IBM çalışanları, şirketlerinin adını nikel bir plaka üzerinde 35 ksenon atomundan birleştirerek bunun mümkün olduğunu gösterdi (bkz. Şekil 13).

Şekil 13. 1990 yılında bu şirketin çalışanları tarafından taramalı prob mikroskobu kullanılarak yapılan, nikel plaka üzerinde 35 ksenon atomundan oluşan IBM şirketinin adı.

Bir prob mikroskobu kullanarak yalnızca atomları hareket ettirmekle kalmaz, aynı zamanda onların kendi kendine örgütlenmeleri için ön koşulları da oluşturabilirsiniz. Örneğin, metal bir plaka üzerinde tiyol iyonları içeren bir su damlası varsa, mikroskop probu bu moleküllerin iki hidrokarbon kuyruğunun plakadan uzağa bakacak şekilde yönlendirilmesine yardımcı olacaktır. Sonuç olarak, metal bir plakaya yapışan tiyol moleküllerinden oluşan tek bir tabaka oluşturmak mümkündür (bkz. Şekil 14). Metal bir yüzey üzerinde moleküllerden oluşan tek bir katman oluşturmanın bu yöntemine "kalem nanolitografi" adı verilir.

Şekil 14. Sol üst – metal bir plakanın üzerindeki taramalı prob mikroskobunun konsolu (çelik grisi). Sağda, probun ucunda tek tabaka halinde düzenlenmiş mor hidrokarbon kuyruklu tiyol moleküllerini şematik olarak gösteren, konsol ucunun altındaki alanın (soldaki şekilde beyazla özetlenen) büyütülmüş bir görünümü bulunmaktadır. Scientific American'dan uyarlanmıştır, 2001, Eylül, s. 44.

7. Biyolojik nesnelerin incelenmesi için taramalı prob mikroskobunun kullanılması

7. Biyolojik nesnelerin incelenmesi için taramalı prob mikroskobunun uygulanması 1

7.1. İşin hedefleri 2

7.2. Öğretmen Bilgileri 3

7.4. Yönergeler 31

7.5. Güvenlik 32

7.6. Görev 32

7.7. Test soruları 32

7.8. Edebiyat 32

Laboratuvar çalışması Nizhny Novgorod Devlet Üniversitesi tarafından geliştirildi. N.I. Lobaçevski

7.1.İşin hedefleri

Biyolojik yapıların morfolojik parametrelerinin incelenmesi biyologlar için önemli bir görevdir, çünkü bazı yapıların boyutu ve şekli onların fizyolojik özelliklerini büyük ölçüde belirler. Morfolojik verileri fonksiyonel özelliklerle karşılaştırarak, canlı hücrelerin insan veya hayvan vücudunun fizyolojik dengesinin korunmasına katılımı hakkında kapsamlı bilgi elde edilebilir.

Daha önce biyologlar ve doktorlar preparatlarını yalnızca optik ve elektron mikroskopları kullanarak inceleme fırsatına sahipti. Bu çalışmalar, püskürtme yoluyla üretilen ince metal kaplamalarla sabitlenen, lekelenen ve kaplanan hücrelerin morfolojisine dair bazı bilgiler sağladı. Canlı nesnelerin morfolojisini ve çeşitli faktörlerin etkisi altındaki değişikliklerini incelemek mümkün değildi ama çok cazipti.

Taramalı prob mikroskobu (SPM), hücrelerin, bakterilerin, biyolojik moleküllerin ve DNA'nın doğal olanlara mümkün olduğunca yakın koşullar altında incelenmesinde yeni fırsatlar açmıştır. SPM, biyolojik nesneleri özel sabitleyiciler ve boyalar olmadan havada ve hatta sıvı ortamda incelemenize olanak tanır.

Şu anda SPM, hem temel bilimsel araştırmalarda hem de uygulamalı yüksek teknoloji gelişmelerinde çok çeşitli disiplinlerde kullanılmaktadır. Ülkedeki birçok araştırma enstitüsü prob mikroskobu ekipmanıyla donatılmıştır. Bu bağlamda, yüksek nitelikli uzmanlara olan talep sürekli artmaktadır. Bu gereksinimi karşılamak için NT-MDT şirketi (Zelenograd, Rusya), taramalı prob mikroskobu için özel bir eğitim ve bilimsel laboratuvar geliştirmiştir. NanoEğitimci.

SPM NanoEğitimcisiÖğrencilerin laboratuvar çalışmaları için özel olarak tasarlanmıştır. Bu cihaz öğrenci kitlesine yöneliktir: tamamen bilgisayar kullanılarak kontrol edilir, basit ve sezgisel bir arayüze sahiptir, animasyon desteğine sahiptir, tekniklerin adım adım geliştirilmesini içerir, karmaşık ayarların bulunmaması ve ucuz sarf malzemeleri.

Bu laboratuvar çalışmasında taramalı prob mikroskobu hakkında bilgi edinecek, temellerini tanıyacak, eğitim mikroskobunun tasarımını ve çalışma prensiplerini öğreneceksiniz. SPM NanoEğitimcisi, araştırma için biyolojik preparatlar hazırlamayı öğrenin, bir laktik asit bakterisi kompleksinin ilk SPM görüntüsünü elde edin ve ölçüm sonuçlarının işlenmesi ve sunulmasıyla ilgili temelleri öğrenin.

7.2.Öğretmen için bilgiler 1

Laboratuvar çalışmaları birkaç aşamada gerçekleştirilir:

1. Numune hazırlama her öğrenci tarafından ayrı ayrı yapılır.

2. İlk görüntü bir öğretmen gözetiminde tek bir cihazda alınır, ardından her öğrenci kendi örneğini bağımsız olarak inceler.

3. Deneysel veriler her öğrenci tarafından ayrı ayrı işlenir.

Araştırma örneği: Bir kapak camındaki laktik asit bakterileri.

Çalışmaya başlamadan önce, en karakteristik genlik-frekans karakteristiğine (tek simetrik maksimum) sahip bir prob seçmek ve incelenen numunenin yüzeyinin bir görüntüsünü elde etmek gerekir.

Laboratuvar raporu şunları içermelidir:

1. teorik kısım (kontrol sorularının cevapları).

2. Deneysel bölümün sonuçları (yürütülen araştırmanın açıklaması, elde edilen sonuçlar ve çıkarılan sonuçlar).

1. Biyolojik nesnelerin morfolojisini inceleme yöntemleri.

2. Tarama probu mikroskobu:

SPM tasarımı;

SPM türleri: STM, AFM;

SPM veri formatı, SPM verilerinin görselleştirilmesi.

3. SPM çalışmaları için numunelerin hazırlanması:

bakteri hücrelerinin morfolojisi ve yapısı;

SPM kullanarak morfolojiyi incelemek için hazırlıkların hazırlanması.

4. NanoEducator SPM'nin tasarım ve kontrol programına giriş.

5. Bir SPM görüntüsünün elde edilmesi.

6. Elde edilen görüntülerin işlenmesi ve analizi. SPM görüntülerinin nicel karakterizasyonu.

Biyolojik nesnelerin morfolojisini inceleme yöntemleri

Hücrelerin karakteristik çapı 10  20 μm, bakteriler 0,5 ila 3  5 μm arasındadır, bu değerler çıplak gözle görülebilen en küçük parçacıktan 5 kat daha küçüktür. Bu nedenle hücrelerin ilk incelenmesi ancak optik mikroskopların ortaya çıkmasından sonra mümkün oldu. 17. yüzyılın sonunda. Antonio van Leeuwenhoek ilk optik mikroskobu yaptı; bundan önce insanlar patojen mikropların ve bakterilerin varlığından bile şüphelenmiyorlardı [Kaynak. 7-1].

Optik mikroskopi

Hücrelerin incelenmesindeki zorluklar renksiz ve şeffaf olmalarından kaynaklanmaktadır, dolayısıyla temel yapılarının keşfi ancak boyaların uygulamaya girmesinden sonra gerçekleşmiştir. Boyalar yeterli görüntü kontrastı sağladı. Optik bir mikroskop kullanarak birbirinden 0,2 µm uzaklıktaki nesneleri ayırt edebilirsiniz; Optik mikroskopta hala ayırt edilebilen en küçük nesneler bakteri ve mitokondridir. Daha küçük hücre elemanlarının görüntüleri, ışığın dalga doğasından kaynaklanan etkiler nedeniyle bozulur.

Uzun süreli preparatlar hazırlamak için hücreler, onları hareketsiz hale getirmek ve korumak amacıyla sabitleyici bir maddeyle işlenir. Ek olarak fiksasyon hücrelerin boyalara erişilebilirliğini artırır çünkü Hücre makromolekülleri, onları belirli bir pozisyonda sabitleyen ve sabitleyen çapraz bağlarla bir arada tutulur. Çoğu zaman, aldehitler ve alkoller fiksatif görevi görür (örneğin, glutaraldehit veya formaldehit, proteinlerin serbest amino grupları ile kovalent bağlar oluşturur ve komşu moleküllere çapraz bağlanır). Sabitlendikten sonra doku genellikle bir mikrotomla çok ince kesitlere (1 ila 10 µm kalınlığında) kesilir ve bunlar daha sonra bir cam slayt üzerine yerleştirilir. Bu hazırlama yöntemi hücrelerin veya makromoleküllerin yapısına zarar verebileceğinden hızlı dondurma tercih edilen yöntemdir. Dondurulmuş doku, soğuk bir odaya yerleştirilmiş bir mikrotomla kesilir. Bölümler hazırlandıktan sonra hücreler boyanır. Bu amaçla çoğunlukla organik boyalar (malakit yeşili, siyah sudan vb.) kullanılır. Bunların her biri hücresel bileşenler için belirli bir afinite ile karakterize edilir, örneğin hematoksilin negatif yüklü moleküller için bir afiniteye sahiptir ve bu nedenle hücrelerde DNA'nın tespit edilmesini mümkün kılar. Belirli bir molekül bir hücrede küçük miktarlarda mevcutsa, floresan mikroskobunun kullanılması en uygunudur.

Floresan mikroskobu

Floresan boyalar bir dalga boyundaki ışığı emer ve daha uzun dalga boyundaki ışığı yayar. Böyle bir madde, dalga boyu boya tarafından emilen ışığın dalga boyuna uyan bir ışıkla ışınlanırsa ve daha sonra analiz için boyanın yaydığı ışığa karşılık gelen dalga boyunda ışık ileten bir filtre kullanılırsa, floresan molekülü tespit edilebilir. karanlık bir alanda parlayarak. Yayılan ışığın yüksek yoğunluğu bu tür moleküllerin karakteristik bir özelliğidir. Hücreleri lekelemek için floresan boyaların kullanılması, özel bir floresan mikroskobun kullanımını içerir. Bu mikroskop, geleneksel bir optik mikroskoba benzer, ancak güçlü bir aydınlatıcıdan gelen ışık, biri aydınlatıcı radyasyonunun bir kısmını durdurmak için iki filtre setinden geçer. numunenin ön kısmı ve diğeri numuneden alınan ışığı filtrelemek için. Birinci filtre, yalnızca belirli bir floresan boyayı harekete geçiren dalga boyundaki ışığı iletecek şekilde seçilir; aynı zamanda ikinci bir filtre gelen ışığı bloke eder ve boyanın floresans verdiği zaman yaydığı dalga boyundaki ışığı iletir.

Floresan mikroskobu genellikle floresan boyalara kovalent olarak bağlandıktan sonra floresan hale gelen spesifik proteinleri veya diğer molekülleri tanımlamak için kullanılır. Bu amaçla genellikle iki boya kullanılır: floresan, açık mavi ışıkla uyarıldığında yoğun sarı-yeşil floresans üretir ve rodamin, sarı-yeşil ışıkla uyarıldıktan sonra koyu kırmızı floresansa neden olur. Boyama için hem floresan hem de rodamin kullanılarak çeşitli moleküllerin dağılımını elde etmek mümkündür.

Karanlık alan mikroskobu

Bir hücrenin yapısının ayrıntılarını görmenin en kolay yolu, hücrenin çeşitli bileşenleri tarafından saçılan ışığı gözlemlemektir. Karanlık alan mikroskobunda aydınlatıcıdan gelen ışınlar yandan yönlendirilir ve yalnızca dağınık ışınlar mikroskop merceğine girer. Buna göre hücre, karanlık bir alan üzerinde aydınlatılmış bir cisim gibi görünür. Karanlık alan mikroskobunun temel avantajlarından biri, bölünme ve göç süreci sırasında hücrelerin hareketini gözlemleyebilme yeteneğidir. Hücresel hareketler genellikle çok yavaştır ve gerçek zamanlı olarak gözlemlenmesi zordur. Bu durumda kare kare (hızlandırılmış) mikro film çekimi veya video kaydı kullanılır. Ardışık kareler zaman içinde ayrılır, ancak kayıt normal hızda oynatıldığında gerçek olayların resmi hızlandırılır.

Son yıllarda video kameralar ve ilgili görüntü işleme teknolojileri, optik mikroskopinin yeteneklerini büyük ölçüde geliştirdi. Kullanımları sayesinde insan fizyolojisinin özelliklerinden kaynaklanan zorlukların üstesinden gelmek mümkün oldu. Bunlar:

1. Normal şartlarda göz çok zayıf ışığı algılamaz.

2. Göz, parlak bir arka plandaki ışık yoğunluğundaki küçük farklılıkları tespit edemez.

Bu sorunlardan ilki mikroskoba ultra yüksek hassasiyetli video kameraların eklenmesiyle aşıldı. Bu, hücrelerin düşük ışıkta uzun süre gözlemlenmesini mümkün kıldı ve parlak ışığa uzun süre maruz kalmayı ortadan kaldırdı. Görüntüleme sistemleri, canlı hücrelerdeki floresan moleküllerin incelenmesi için özellikle önemlidir. Görüntü, video kamera tarafından elektronik sinyaller biçiminde üretildiğinden, uygun şekilde sayısal sinyallere dönüştürülebilir, bir bilgisayara gönderilebilir ve daha sonra gizli bilgilerin çıkarılması için daha fazla işlenebilir.

Bilgisayar girişim mikroskobu ile elde edilebilen yüksek kontrast, çapı ışık dalga boyunun (0,025 μm) onda birinden daha az olan tek tek mikrotübüller gibi çok küçük nesnelerin bile gözlemlenmesini mümkün kılar. Bireysel mikrotübüller ayrıca floresan mikroskobu kullanılarak da görülebilir. Ancak her iki durumda da kırınım etkileri kaçınılmazdır ve görüntüyü büyük ölçüde değiştirir. Bu durumda, mikrotübül çapı fazla tahmin edilmektedir (0,2 μm), bu da bireysel mikrotübüllerin birkaç mikrotübül demetinden ayırt edilmesine izin vermemektedir. Bu sorunu çözmek için, çözünürlük sınırı görünür ışığın dalga boyunun çok ötesine kaydırılan bir elektron mikroskobuna ihtiyaç vardır.

Elektron mikroskobu

Dalga boyu ile çözünürlük sınırı arasındaki ilişki elektronlar için de geçerlidir. Bununla birlikte, bir elektron mikroskobu için çözünürlük sınırı, kırınım sınırından önemli ölçüde düşüktür. Elektronun hızı arttıkça dalga boyu azalır. 100.000 V gerilime sahip bir elektron mikroskobunda elektronun dalga boyu 0,004 nm'dir. Teoriye göre böyle bir mikroskobun çözünürlüğü 0,002 nm'dir. Ancak gerçekte elektron merceklerinin sayısal açıklıklarının küçük olması nedeniyle modern elektron mikroskoplarının çözünürlüğü en iyi ihtimalle 0,1 nm'dir. Numune hazırlamadaki zorluklar ve radyasyon hasarı, biyolojik nesneler için 2 nm (ışık mikroskobundan yaklaşık 100 kat daha yüksek) olan normal çözünürlüğü önemli ölçüde azaltır.

Elektronların kaynağı transmisyon elektron mikroskobu (TEM) yaklaşık iki metre yüksekliğinde silindirik bir kolonun tepesinde bulunan bir katot filamanıdır. Hava molekülleriyle çarpıştığında elektron saçılmasını önlemek için kolonda bir vakum oluşturulur. Katot filamanından yayılan elektronlar yakındaki bir anot tarafından hızlandırılır ve küçük bir delikten geçerek kolonun tabanına giden bir elektron ışını oluşturur. Sütun boyunca belirli bir mesafede, optik mikroskoptaki ışık ışınını odaklayan cam mercekler gibi, elektron ışınını odaklayan halka mıknatıslar vardır. Numune, elektron ışınının yolundaki bir hava kilidi aracılığıyla kolonun içine yerleştirilir. Numuneden geçtiği anda elektronların bir kısmı bu bölgedeki maddenin yoğunluğuna göre saçılır, geri kalan elektronlar odaklanarak bir görüntü oluşturur (optik mikroskopta görüntü oluşmasına benzer) bir fotoğraf plakası üzerinde veya fosforlu bir ekranda.

Elektron mikroskobunun en büyük dezavantajlarından biri biyolojik numunelerin özel işlemlere tabi tutulmasının gerekli olmasıdır. İlk olarak, önce glutaraldehitle, sonra da lipit ve proteinlerden oluşan çift tabakayı bağlayan ve stabilize eden osmik asitle sabitlenirler. İkincisi, elektronların nüfuz etme gücü düşüktür, bu nedenle ultra ince kesitler yapılması gerekir ve bunun için numuneler kurutulur ve reçinelerle emprenye edilir. Üçüncüsü, kontrastı arttırmak için numuneler osmiyum, uranyum ve kurşun gibi ağır metal tuzlarıyla işlenir.

Yüzeyin üç boyutlu görüntüsünü elde etmek için kullanılır. taramalı elektron mikroskobu (SEM) Numunenin yüzeyi tarafından saçılan veya yayılan elektronları kullanır. Bu durumda numune sabitlenir, kurutulur ve ince bir ağır metal filmi ile kaplanır ve ardından dar bir elektron ışınıyla taranır. Bu durumda yüzeyin ışınlanması sırasında saçılan elektronların sayısı tahmin edilir. Elde edilen değer, birinciyle senkronize hareket eden ve monitör ekranında bir görüntü oluşturan ikinci ışının yoğunluğunu kontrol etmek için kullanılır. Yöntemin çözünürlüğü yaklaşık 10 nm'dir ve hücre içi organellerin incelenmesi için geçerli değildir. Bu yöntemle incelenen numunelerin kalınlığı, elektronların nüfuz etme kabiliyeti veya enerjileri ile belirlenir.

Tüm bu yöntemlerin ana ve önemli dezavantajları numune hazırlamanın süresi, karmaşıklığı ve yüksek maliyetidir.

Taramalı prob mikroskobu

Taramalı prob mikroskobunda (SPM), numunenin yüzeyini taramak için elektron ışını veya optik radyasyon yerine keskin bir prob, yani bir iğne kullanılır. Mecazi anlamda konuşursak, bir numunenin optik veya elektron mikroskobunda incelenmesi durumunda SPM'de hissedildiğini söyleyebiliriz. Sonuç olarak, farklı ortamlardaki nesnelerin üç boyutlu görüntülerini elde etmek mümkündür: vakum, hava, sıvı.

Biyolojik araştırmalar için uyarlanan özel SPM tasarımları, hem çeşitli sıvı ortamlardaki canlı hücrelerin hem de havadaki sabit preparatların eş zamanlı optik gözlemle taranmasına olanak tanır.

Taramalı prob mikroskobu

Taramalı prob mikroskobunun adı, çalışma prensibini yansıtır - bir numunenin yüzeyinin taranması, bu sırada probun yüzey ile etkileşim derecesinin noktadan noktaya okunması gerçekleştirilir. Tarama alanının boyutu ve içindeki noktaların sayısı N X ·N Y belirtilebilir. Ne kadar çok nokta belirtilirse yüzey görüntüsü o kadar yüksek çözünürlükte elde edilir. Sinyal okuma noktaları arasındaki mesafeye tarama aralığı denir. Tarama adımı, incelenen yüzey detaylarından daha küçük olmalıdır. Prob, tarama işlemi sırasında (bkz. Şekil 7-1) ileri ve geri yönlerde (hızlı tarama yönünde) doğrusal olarak hareket eder, bir sonraki satıra geçiş dikey yönde (yavaş tarama yönünde) gerçekleştirilir. tarama).

Pirinç. 7 1. Tarama sürecinin şematik gösterimi
(sinyal tarayıcının ileri hareketi sırasında okunur)

Okunan sinyalin doğasına bağlı olarak tarama mikroskoplarının farklı adları ve amaçları vardır:

atomik kuvvet mikroskobu (AFM), prob atomları ve örnek atomlar arasındaki atomlar arası etkileşimin kuvvetleri okunur;

tünel mikroskobu (STM), iletken numune ile iletken prob arasında akan tünel akımını okur;

manyetik kuvvet mikroskobu (MFM), manyetik malzeme ile kaplanmış bir prob ile manyetik özellikleri tespit eden bir numune arasındaki etkileşim kuvvetleri okunur;

Elektrostatik kuvvet mikroskobu (ESM), bir numunenin yüzeyindeki elektrik potansiyelinin dağılımının bir resmini elde etmeyi sağlar. Ucu ince iletken bir filmle (altın veya platin) kaplanmış problar kullanılır.

SPM tasarımı

SPM aşağıdaki ana bileşenlerden oluşur (Şekil 7-2): bir prob, probu incelenen numunenin yüzeyi üzerinde X, Y, Z'de hareket ettiren piezoelektrik aktüatörler, bir geri besleme devresi ve taramayı kontrol etmek için bir bilgisayar. süreç ve görüntü elde etme.

Şekil 7 2. Taramalı prob mikroskobunun diyagramı

Prob sensörü – numuneyi tarayan kuvvet probu mikroskobunun bir bileşeni. Prob sensörü, sonunda sivri bir prob bulunan (Şekil 7-3) dikdörtgen (I şeklinde) veya üçgen (V şeklinde) tipte (Şekil 7-3) bir konsol (yay konsolu) içerir. genellikle konik veya piramidal bir şekle sahiptir. Konsolun diğer ucu alt tabakaya (sözde çip ile) bağlanır. Prob sensörleri silikon veya silikon nitrürden yapılmıştır. Konsolun temel özelliği kuvvet sabitidir (sertlik sabiti), 0,01 N/m ile 1020 N/m arasında değişir. Biyolojik nesneleri incelemek için sertliği 0,01  0,06 N/m olan "yumuşak" problar kullanılır.

Pirinç. 7 3. Piramidal AFM prob sensörlerinin görüntüleri
elektron mikroskobu kullanılarak elde edilen:
a – I şeklinde tip, b – V şeklinde tip, c – konsolun ucundaki piramit

Piezoelektrik aktüatörler veya tarayıcılar - sondanın numune üzerinde veya numunenin kendisi üzerinde son derece kısa mesafelerde proba göre kontrollü hareketi için. Piezoelektrik aktüatörler, üzerlerine elektrik voltajı uygulandığında boyut değiştiren piezoseramik malzemeler kullanır. Bir elektrik alanının etkisi altında geometrik parametreleri değiştirme sürecine ters piezoelektrik etki denir. En yaygın piezomateryal kurşun zirkonat titanattır.

Tarayıcı, üç koordinat boyunca hareket sağlayan piezoseramik bir yapıdır: x, y (numunenin yanal düzleminde) ve z (dikey). Çeşitli tarayıcı türleri vardır; en yaygın olanları tripod ve tüp tarayıcılardır (Şekil 7-4).

Pirinç. 7 4. Tarayıcı tasarımları: a) – tripod, b) – boru şeklinde

Bir tripod tarayıcıda, üç koordinat boyunca hareketler, ortogonal bir yapı oluşturan üç bağımsız piezoseramik çubuk tarafından sağlanır.

Boru şeklindeki bir tarayıcıda içi boş bir piezoelektrik tüp, tüpün hareketlerini kontrol eden elektrotlara uygun voltajlar uygulandığında XZ ve ZY düzlemlerinde bükülür ve Z ekseni boyunca genişler veya daralır. XY düzlemindeki hareketi kontrol etmek için elektrotlar tüpün dış yüzeyinde bulunur; Z'deki hareketi kontrol etmek için X ve Y elektrotlarına eşit voltajlar uygulanır.

Geri bildirim devresi – tarama sırasında probun numunenin yüzeyinden sabit bir mesafede tutulduğu bir dizi SPM elemanı (Şekil 7-5). Tarama işlemi sırasında prob, numune yüzeyinin farklı topografyaya sahip alanlarına yerleştirilebilir, bu durumda prob-numune mesafesi Z değişecek ve uç-numune etkileşiminin büyüklüğü buna göre değişecektir.

Pirinç. 7 5. Tarama probu mikroskobu geri besleme devresi

Prob yüzeye yaklaştıkça prob-numune etkileşim kuvvetleri artar ve kayıt cihazından gelen sinyal de artar. V(T), Hangi gerilim birimleriyle ifade edilir. Karşılaştırıcı sinyali karşılaştırır V(T) referans gerilimi ile V destek ve bir düzeltme sinyali üretir V muhabir. Düzeltme sinyali V muhabir tarayıcıya beslenir ve prob numuneden geri çekilir. Referans voltajı, prob numuneden belirli bir mesafede olduğunda kayıt cihazından gelen sinyale karşılık gelen voltajdır. Geri besleme sistemi, tarama işlemi sırasında bu belirtilen uç-numune mesafesini koruyarak, belirtilen uç-numune etkileşim kuvvetini korur.

Pirinç. 7 6. Geri bildirim sistemi tarafından sabit bir uç-numune etkileşim kuvvetinin sürdürülmesi işlemi sırasında probun göreceli hareketinin yörüngesi

Şek. Şekil 7-6, sabit bir sonda-numune etkileşim kuvvetini korurken, sondanın örneğe göre yörüngesini gösterir. Prob çukurun üzerindeyse tarayıcıya bir voltaj uygulanır, bu da tarayıcının uzamasına ve probu alçaltmasına neden olur.

Geri besleme devresinin prob-numune mesafesindeki bir değişikliğe (sonda-numune etkileşimi) tepki verme hızı, geri besleme devresinin sabiti tarafından belirlenir. k. Değerler k belirli bir SPM'nin tasarım özelliklerine (tarayıcının tasarımı ve özellikleri, elektronik), SPM'nin çalışma moduna (tarama alanının boyutu, tarama hızı vb.) ve ayrıca incelenen yüzeyin özelliklerine bağlıdır (kabartma özelliklerinin ölçeği, malzeme sertliği vb.).

SPM Türleri

Taramalı tünelleme mikroskobu

STM'de kayıt cihazı (Şekil 7-7), numunenin yüzeyindeki potansiyele ve yüzeyinin topoğrafyasına bağlı olarak değişen, metal sonda arasında akan tünelleme akımını ölçer. Prob, ucunun yarıçapı birkaç nanometreye ulaşabilen keskinleştirilmiş bir iğnedir. Prob malzemesi olarak genellikle yüksek sertliğe ve kimyasal dirence sahip metaller kullanılır: tungsten veya platin.

Pirinç. 7 7. Tünel prob sensörünün şeması

İletken prob ile iletken numune arasına bir voltaj uygulanır. Probun ucu numuneden yaklaşık 10A uzakta olduğunda, voltajın işaretine bağlı olarak numunedeki elektronlar boşluktan probun içine doğru veya tam tersi şekilde tünel açmaya başlar (Şekil 7 - 8).

Pirinç. 7 8. Prob ucunun numune ile etkileşiminin şematik gösterimi

Ortaya çıkan tünel akımı bir kayıt cihazı tarafından ölçülür. Boyutu BEN T tünel kontağına uygulanan voltajla orantılı V ve iğne ile numune arasındaki mesafeye üstel olarak bağlıdır D.

Böylece probun ucundan numuneye kadar olan mesafede küçük değişiklikler olur. D tünel akımındaki katlanarak artan büyük değişikliklere karşılık gelir BEN T(voltaj varsayılarak V sabit tutulur). Bu nedenle tünel prob sensörünün hassasiyeti, 0,1 nm'den daha düşük yükseklik değişikliklerini tespit etmek ve dolayısıyla bir katının yüzeyindeki atomların görüntüsünü elde etmek için yeterlidir.

Atomik kuvvet mikroskobu

Atomik kuvvet etkileşiminin en yaygın prob sensörü, ucunda bir prob bulunan bir yaylı konsoldur (İngiliz konsol konsolundan). Numune ile prob arasındaki kuvvet etkileşiminden kaynaklanan konsol bükülme miktarı (Şekil 7 - 9), bir optik kayıt devresi kullanılarak ölçülür.

Kuvvet sensörünün çalışma prensibi, prob atomları ile numune atomları arasında etki eden atomik kuvvetlerin kullanımına dayanmaktadır. Prob-numune kuvveti değiştiğinde konsol bükülme miktarı değişir ve bu değişiklik optik kayıt sistemi tarafından ölçülür. Bu nedenle atomik kuvvet sensörü, yüksek hassasiyete sahip, keskin kenarlı bir probtur ve bireysel atomlar arasındaki etkileşim kuvvetlerinin kaydedilmesini mümkün kılar.

Küçük bükülmeler için prob-numune kuvveti arasındaki ilişki F ve konsol ucunun sapması X Hooke yasası ile belirlenir:

Nerede k – konsolun kuvvet sabiti (sertlik sabiti).

Örneğin, sabiti olan bir konsol kullanılıyorsa k 1 n/m mertebesinde, daha sonra 0,1 nanonewton mertebesinde bir uç-numune etkileşim kuvvetinin etkisi altında, konsol sapmasının büyüklüğü yaklaşık olarak 0,1 nm olacaktır.

Bu tür küçük hareketleri ölçmek için genellikle yarı iletken bir lazer ve dört bölümlü bir fotodiyottan oluşan bir optik yer değiştirme sensörü (Şekil 7-9) kullanılır. Konsol büküldüğünde, ondan yansıyan lazer ışını fotodetektörün merkezine göre hareket eder. Böylece konsolun bükülmesi, fotodetektörün üst (T) ve alt (B) yarısının aydınlatmasındaki göreceli değişiklikle belirlenebilir.

Şekil 7 9. Güç sensörü şeması

Prob-numune etkileşim kuvvetlerinin prob-numune mesafesine bağımlılığı

Prob numuneye yaklaştığında, çekici kuvvetlerin (van der Waals kuvvetleri) varlığından dolayı ilk önce yüzeye çekilir. Prob numuneye daha fazla yaklaştıkça, probun ucundaki atomların elektron kabukları ile numunenin yüzeyindeki atomlar üst üste binmeye başlar ve bu da bir itme kuvvetinin ortaya çıkmasına neden olur. Mesafe azaldıkça itme kuvveti baskın hale gelir.

Genel olarak atomlar arası etkileşimin gücüne bağımlılık F atomlar arasındaki mesafe hakkında Rşu forma sahiptir:

.

Sabitler A Ve B ve üsler M Ve N atomların türüne ve kimyasal bağların türüne bağlıdır. Van der Waals kuvvetleri için M=7 ve n=3. Niteliksel olarak, F(R) bağımlılığı Şekil 2'de gösterilmektedir. 7-10.

Pirinç. 7 10. Atomlar arasındaki etkileşim kuvvetinin mesafeye bağlılığı

SPM veri formatı, SPM verilerinin görselleştirilmesi

Optik mikroskopla inceleme sırasında elde edilen yüzey morfolojisine ilişkin veriler, yüzey alanının büyütülmüş görüntüsü şeklinde sunulur. SPM kullanılarak elde edilen bilgiler iki boyutlu bir A ij tamsayı dizisi biçiminde yazılır. Her değer ij tarama alanı içindeki belirli bir yüzey noktasına karşılık gelir. Bu sayı dizisinin grafiksel temsiline SPM taranmış görüntüsü denir.

Taranan görüntüler iki boyutlu (2D) veya üç boyutlu (3D) olabilir. 2D görselleştirme ile her yüzey noktası Z= F(x,y) yüzey noktasının yüksekliğine göre belirli bir renk tonu atanır (Şekil 7-11 a). 3D görselleştirme ile yüzey görüntüsü Z= F(x,y), belirli bir şekilde hesaplanmış pikseller veya kabartma çizgileri kullanılarak aksonometrik bir perspektifte oluşturulur. 3 boyutlu görüntüleri renklendirmenin en etkili yolu, yüzeyin üzerindeki uzayda bir noktaya yerleştirilen bir nokta kaynağıyla yüzey aydınlatma koşullarını simüle etmektir (Şekil 7 - 11 b). Aynı zamanda rölyefin bireysel küçük özelliklerini vurgulamak da mümkündür.

Pirinç. 7 11. İnsan kanı lenfositleri:
a) 2 boyutlu görüntü, b) Yan aydınlatmalı 3 boyutlu görüntü

SPM incelemesi için numunelerin hazırlanması

Bakteri hücrelerinin morfolojisi ve yapısı

Bakteriler, fonksiyonel aktivitelerinin çeşitliliğini belirleyen, farklı şekil ve karmaşık yapıya sahip tek hücreli mikroorganizmalardır. Bakteriler dört ana şekil ile karakterize edilir: küresel (küresel), silindirik (çubuk şeklinde), kıvrımlı ve ipliksi [Ref. 7-2].

Koklar (küresel bakteriler) - bölünme düzlemine ve bireysel bireylerin konumuna bağlı olarak, mikrokoklara (ayrı koklar), diplokoklara (eşleştirilmiş koklar), streptokoklara (kok zincirleri), stafilokoklara (üzüm şeklinde), tetrakoklara ayrılırlar ( dört kok oluşumu) ve sarcina (8 veya 16 kokçuklu paketler).

Çubuk şeklinde – bakteriler tek hücreli, diplo- veya streptobakteri şeklinde bulunur.

Bükülmüş – vibriolar, spirillalar ve spiroketler. Vibriolar hafif kavisli çubuk görünümündedir, spirilla ise birkaç spiral kıvrımlı kıvrımlı bir şekle sahiptir.

Bakterilerin boyutları 0,1 ile 10 mikron arasında değişmektedir. Bir bakteri hücresinin bileşimi bir kapsül, hücre duvarı, sitoplazmik membran ve sitoplazmayı içerir. Sitoplazmada nükleotidler, ribozomlar ve inklüzyonlar bulunur. Bazı bakteriler flagella ve villuslarla donatılmıştır. Bir dizi bakteri spor oluşturur. Hücrenin başlangıçtaki enine boyutunu aşan sporlar, ona iğ şeklinde bir şekil verir.

Bakterilerin morfolojisini optik bir mikroskopta incelemek için onlardan doğal (intravital) preparatlar veya anilin boyası ile lekelenmiş sabit smearlar hazırlanır. Flagella'yı, hücre duvarlarını, nükleotidleri ve çeşitli sitoplazmik kapanımları tanımlamak için özel boyama yöntemleri vardır.

Bakteri hücrelerinin morfolojisinin SPM incelemesi preparatın boyanmasını gerektirmez. SPM, bakterilerin şeklinin ve boyutunun yüksek çözünürlükle belirlenmesine olanak tanır. İlacın dikkatli bir şekilde hazırlanması ve küçük bir eğrilik yarıçapına sahip bir probun kullanılmasıyla flagellayı tanımlamak mümkündür. Aynı zamanda bakteri hücre duvarının çok sağlam olması nedeniyle, bazı hayvan hücrelerinde olduğu gibi hücre içi yapıları "araştırmak" imkansızdır.

Morfolojinin SPM çalışması için hazırlıkların hazırlanması

SPM ile ilk çalışma deneyimi için, karmaşık hazırlık gerektirmeyen bir biyolojik preparatın seçilmesi tavsiye edilir. Lahana turşusu salamura veya fermente süt ürünlerinden kolayca erişilebilen ve patojen olmayan laktik asit bakterileri oldukça uygundur.

Havada SPM araştırması için, incelenen nesnenin alt tabakanın yüzeyine, örneğin bir kapak camına sıkıca sabitlenmesi gerekir. Ek olarak, süspansiyondaki bakteri yoğunluğu, hücrelerin alt tabakaya bırakıldığında birbirine yapışmayacağı şekilde olmalı ve aralarındaki mesafe çok büyük olmamalıdır, böylece tarama sırasında birkaç nesneyi tek bir karede almak mümkün olacaktır. . Numune hazırlama modu doğru seçilirse bu koşullar karşılanır. Bir alt tabakaya bakteri içeren bir çözeltiden bir damla uygularsanız, bunların kademeli olarak birikmesi ve yapışması meydana gelecektir. Ana parametreler çözeltideki hücrelerin konsantrasyonu ve sedimantasyon süresi olarak dikkate alınmalıdır. Süspansiyondaki bakteri konsantrasyonu optik bulanıklık standardı kullanılarak belirlenir.

Bizim durumumuzda yalnızca bir parametre rol oynayacaktır; kuluçka süresi. Damla camın üzerinde ne kadar uzun süre kalırsa bakteri hücrelerinin yoğunluğu o kadar artar. Aynı zamanda, eğer bir damla sıvı kurumaya başlarsa, preparat, çözeltinin çökelmiş bileşenleri tarafından aşırı derecede kirlenmiş olacaktır. Bakteri hücreleri (tuzlu su) içeren bir çözelti damlası bir kapak camına uygulanır ve 5-60 dakika bekletilir (çözeltinin bileşimine bağlı olarak). Daha sonra damlanın kurumasını beklemeden damıtılmış suyla iyice durulayın (preparasyonu cımbızla bir bardağa birkaç kez batırın). Kuruduktan sonra preparat bir SPM kullanılarak ölçüme hazır hale gelir.

Örnek olarak lahana turşusundan laktik asit bakterileri preparatları hazırladık. Bir damla tuzlu suyun kapak camı üzerinde tutulma süresi 5 dakika, 20 dakika ve 1 saat olarak seçildi (damla zaten kurumaya başlamıştı). SPM çerçeveleri Şekil 2'de gösterilmektedir. 7-12, Şek. 7-13,
Pirinç. 7-14.

Şekillerden bu çözüm için en uygun inkübasyon süresinin 510 dakika olduğu açıktır. Damlanın substrat yüzeyinde tutulma süresinin arttırılması, bakteri hücrelerinin yapışmasına yol açar. Solüsyonun bir damlası kurumaya başladığında, solüsyonun bileşenleri cam üzerinde birikir ve yıkanamaz.

Pirinç. 7 12. Laktik asit bakterilerinin lamel üzerindeki görüntüleri,
SPM kullanılarak elde edilmiştir.

Pirinç. 7 13. Laktik asit bakterilerinin lamel üzerindeki görüntüleri,
SPM kullanılarak elde edilmiştir. Solüsyon inkübasyon süresi 20 dk

Pirinç. 7 14. Laktik asit bakterilerinin lamel üzerindeki görüntüleri,
SPM kullanılarak elde edilmiştir. Solüsyon inkübasyon süresi 1 saat

Seçilen preparatlardan birini kullanarak (Şekil 7-12), laktik asit bakterilerinin ne olduğunu ve bu durumda onlar için hangi formun tipik olduğunu düşünmeye çalıştık. (Şekil 7-15)

Pirinç. 7 15. Laktik asit bakterilerinin lamelli AFM görüntüsü.
Solüsyon inkübasyon süresi 5 dk

Pirinç. 7 16. Laktik asit bakterisi zincirinin laktik cam üzerindeki AFM görüntüsü.
Solüsyon inkübasyon süresi 5 dk

Tuzlu su, bakterilerin çubuk şeklinde olması ve bir zincir halinde düzenlenmesi ile karakterize edilir.

Pirinç. 7 17. Eğitimsel SPM NanoEducator için kontrol programının penceresi.
Araç Çubuğu

Eğitimsel SPM programı NanoEducator'ın araçlarını kullanarak bakteri hücrelerinin boyutlarını belirledik. Yaklaşık 0,5 × 1,6 µm arasında değişiyorlardı
0,8 × 3,5 µm'ye kadar.

Elde edilen sonuçlar Bergey bakteri determinantında [Kaynak. 7-3].

Laktik asit bakterileri laktobasiller (Lactobacillus) olarak sınıflandırılır. Hücreler genellikle düzenli şekilli çubuk görünümündedir. Çubuklar uzun, bazen neredeyse kokoid şeklinde, genellikle kısa zincirler halindedir. Boyutlar 0,5 - 1,2 X 1,0 - 10 mikron. Bir anlaşmazlık oluşturmazlar; Nadir durumlarda peritrişiyal flagella nedeniyle hareketlidirler. Çevrede yaygın olarak dağılır, özellikle hayvansal ve bitkisel kaynaklı gıda ürünlerinde yaygındır. Laktik asit bakterileri sindirim sisteminin normal mikroflorasının bir parçasıdır. Lahana turşusunun vitamin içermesinin yanı sıra bağırsak mikroflorasını iyileştirmek için de faydalı olduğunu herkes bilir.

Taramalı prob mikroskobunun tasarımı NanoEğitimci

Şek. 7 -18 ölçüm kafasının görünümünü gösterir SPM NanoEğitimcisi ve çalışma sırasında kullanılan cihazın ana elemanları belirtilmiştir.

Pirinç. 7 18. NanoEducator SPM ölçüm kafasının görünümü
1- taban, 2- numune tutucu, 3- etkileşim sensörü, 4- sensör sabitleme vidası,
Manuel giriş için 5 vida, tarayıcıyı numune yatay düzlemde hareket ettirecek 6 vida, video kameralı 7 koruyucu kapak

Şek. Şekil 7 -19 ölçüm kafasının tasarımını göstermektedir. Tabanda (1) bir numune tutucuya (7) sahip bir tarayıcı (8) ve bir step motora dayalı olarak numuneyi sondaya (2) beslemek için bir mekanizma bulunmaktadır. Eğitimde SPM NanoEğitimcisi numune tarayıcıya bağlanır ve numune sabit bir sondaya göre taranır. Kuvvet etkileşim sensörüne (4) monte edilen sonda (6), manuel besleme vidası (3) kullanılarak numuneye de getirilebilir. Numune üzerindeki çalışma konumunun ön seçimi, vida (9) kullanılarak gerçekleştirilir.

Pirinç. 7 19. SPM NanoEducator'ın Tasarımı: 1 – taban, 2 – besleme mekanizması,
3 – manuel besleme vidası, 4 – etkileşim sensörü, 5 – sensör sabitleme vidası, 6 – prob,
7 – numune tutucu, 8 – tarayıcı, 9, 10 – tarayıcıyı numuneyle birlikte hareket ettirmek için vidalar

Eğitim SPM NanoEğitimcisi bir ölçüm başlığı, bir SPM kontrolörü ve kablolarla birbirine bağlanan bir kontrol bilgisayarından oluşur. Mikroskop bir video kamera ile donatılmıştır. Etkileşim sensöründen gelen sinyal, ön amplifikatörde dönüştürüldükten sonra SPM kontrol cihazına girer. İş yönetimi SPM NanoEğitimcisi SPM denetleyicisi aracılığıyla bilgisayardan gerçekleştirilir.

Kuvvet etkileşimi sensörü ve probu

Cihazda NanoEğitimci sensör, uzunluğa sahip bir piezoseramik tüp şeklinde yapılır ben=7 mm, çap D=1,2 mm ve et kalınlığı H=0,25 mm, bir ucundan sağlam şekilde sabitlenmiştir. Borunun iç yüzeyine iletken bir elektrot uygulanır. Borunun dış yüzeyine iki adet elektriksel olarak yalıtılmış yarı silindirik elektrot uygulanır. Çapı tungsten olan bir tel
100 µm (Şekil 7-20).

Pirinç. 7 20. NanoEducator cihazının evrensel sensörünün tasarımı

Prob olarak kullanılan telin serbest ucu elektrokimyasal olarak keskinleştirilmiştir, eğrilik yarıçapı 0,2  0,05 µm'dir. Prob, cihazın topraklanmış gövdesine bağlı olan tüpün iç elektrodu ile elektriksel temasa sahiptir.

Piezoelektrik tüp üzerinde iki harici elektrotun bulunması, piezoelektrik tüpün bir kısmının (Şekil 7-21'e göre üst kısım) kuvvet etkileşim sensörü (mekanik titreşim sensörü) olarak kullanılmasına ve diğer kısmının kullanılmasına olanak tanır. Piezo vibratör olarak. Piezovibratöre, kuvvet sensörünün rezonans frekansına eşit bir frekansa sahip alternatif bir elektrik voltajı verilir. Büyük bir prob-numune mesafesindeki salınımların genliği maksimumdur. Şekil 2'den görülebileceği gibi. Şekil 7-22'de, salınım işlemi sırasında, prob, zorlanmış mekanik salınımlarının genliğine (bir mikrometrenin kesirleri) eşit bir miktar Ao kadar denge konumundan saparken, ikinci kısımda alternatif bir elektrik voltajı belirir. Piezo tüpünün (salınım sensörü), cihaz tarafından ölçülen ve probun yer değiştirmesi ile orantılıdır.

Prob numunenin yüzeyine yaklaştıkça, prob salınım sürecinde numuneye dokunmaya başlar. Bu, yüzeyden uzakta ölçülen AFC ile karşılaştırıldığında sensör salınımlarının genlik-frekans yanıtında (AFC) sola doğru bir kaymaya yol açar (Şekil 7-22). Piezotüpün zorlayıcı salınımlarının frekansı sabit tutulduğundan ve serbest durumda salınım frekansına  o eşit olduğundan, prob yüzeye yaklaştığında salınımlarının genliği azalır ve A'ya eşit olur. Bu salınım genliği kaydedilir. piezotüpün ikinci kısmından.

Pirinç. 7 21. Piezoelektrik tüpün çalışma prensibi
kuvvet etkileşim sensörü olarak

Pirinç. 7 22. Kuvvet sensörünün salınım frekansının değiştirilmesi
numune yüzeyine yaklaşırken

Tarayıcı

Cihazda kullanılan mikro hareketleri düzenleme yöntemi NanoEğitimci, yüzeyine bir piezoelektrik plakanın yapıştırıldığı, çevre etrafına sıkıştırılmış metal bir zarın kullanımına dayanmaktadır (Şekil 7-23 a). Kontrol voltajının etkisi altında piezoelektrik plakanın boyutlarının değiştirilmesi membranın bükülmesine yol açacaktır. Bu tür membranları küpün üç dik kenarına yerleştirerek ve merkezlerini metal iticilerle bağlayarak 3 koordinatlı bir tarayıcı elde edebilirsiniz (Şekil 7 -23 b).

Pirinç. 7 23. NanoEducator cihazının tarayıcısının çalışma prensibi (a) ve tasarımı (b)

Küpün (2) yüzlerine bağlanan her bir piezoelektrik eleman (1), kendisine elektrik voltajı uygulandığında, kendisine bağlı olan iticiyi (3) karşılıklı olarak üç dik doğrultudan birinde - X, Y veya Z - hareket ettirebilir. Şekilde, üç iticinin tümü bir noktada bağlanmıştır 4 Bir miktar yaklaşımla, bu noktanın X, Y, Z olmak üzere üç koordinat boyunca hareket ettiğini varsayabiliriz. Aynı noktaya bir numune tutucusu (6) içeren bir stand (5) bağlanır. Böylece numune, üç bağımsız voltaj kaynağının etkisi altında üç koordinat boyunca hareket eder. Cihazlarda NanoEğitimci numunenin maksimum hareketi yaklaşık 5070 µm'dir ve bu, maksimum tarama alanını belirler.

Probun numuneye otomatik yaklaşma mekanizması (geri bildirim yakalama)

Tarayıcının Z ekseni boyunca hareket aralığı yaklaşık 10 µm'dir, dolayısıyla taramadan önce probu bu mesafeden numuneye yaklaştırmak gerekir. Tedarik mekanizması, diyagramı Şekil 2'de gösterilen bu amaç için tasarlanmıştır. 7-19. Adım motoru (1), kendisine elektrik darbeleri uygulandığında, besleme vidasını (2) döndürür ve çubuğu (3) sonda (4) ile hareket ettirerek tarayıcıya (6) monte edilen numuneye (5) yaklaştırır veya uzaklaştırır. Bir adımın boyutu yaklaşık 2 μm'dir.

Pirinç. 7 24. Probu numunenin yüzeyine getirme mekanizmasının şeması

Yaklaşma mekanizmasının eğimi, tarama işlemi sırasında gerekli prob-numune mesafesini önemli ölçüde aştığı için, probun deformasyonunu önlemek amacıyla, yaklaşma, step motor çalışırken ve tarayıcı Z ekseni boyunca hareket ederken gerçekleştirilir. aşağıdaki algoritmaya göre:

1. Geri bildirim sistemi kapatılır ve tarayıcı "geri çekilir", yani numuneyi en düşük uç konuma indirir.

2. Prob yaklaşma mekanizması bir adım atar ve durur.

3. Geri bildirim sistemi açılır ve uç-numune etkileşiminin varlığı analiz edilirken tarayıcı numuneyi sorunsuz bir şekilde kaldırır.

4. Herhangi bir etkileşim yoksa işlem 1. adımdan itibaren tekrarlanır.

Tarayıcı yukarı çekilirken sıfırdan farklı bir sinyal ortaya çıkarsa, geri bildirim sistemi tarayıcının yukarı doğru hareketini durduracak ve etkileşim miktarını belirli bir seviyede sabitleyecektir. Cihazda prob beslemesinin duracağı ve tarama işleminin gerçekleşeceği kuvvet etkileşiminin büyüklüğü NanoEğitimci parametre ile karakterize edilir Genlik bastırma (GenlikBastırma) :

A=A o . (1- Genlik Bastırma)

SPM görüntüsü alma

Programı çağırdıktan sonra NanoEğitimci Ana program penceresi bilgisayar ekranında belirir (Şekil 7 -20). İş menü öğesinden başlamalıdır Dosya ve onu seç Açık veya Yeni veya araç çubuğundaki karşılık gelen düğmelere (, ).

Takım seçimi Dosya Yeni SPM ölçümlerinin gerçekleştirilmesine ve komutun seçilmesine geçiş anlamına gelir Dosya Açıkönceden alınan verilerin görüntülenmesine ve işlenmesine geçiş anlamına gelir. Program, verileri ölçümlere paralel olarak görüntülemenize ve işlemenize olanak tanır.

Pirinç. 7 25. NanoEducator programının ana penceresi

Komutu yürüttükten sonra Dosya Yeni Ekranda, mevcut ölçümün sonuçlarının varsayılan olarak yazılacağı bir çalışma klasörü seçmenize veya oluşturmanıza olanak tanıyan bir iletişim kutusu görünür. Ölçüm işlemi sırasında alınan tüm veriler sırayla dosyalara kaydedilir. ScanData+i.spm, nerede indeks Ben program başladığında sıfırlanır ve her yeni ölçümle artar. Dosyalar ScanData+i.spmölçümlere başlamadan önce kurulan çalışma klasörüne yerleştirilir. Ölçüm alırken farklı bir çalışma klasörü seçmek mümkündür. Bunu yapmak için düğmeye basmanız gerekir , ana program penceresinin araç çubuğunda bulunur ve menü öğesini seçin Çalışma klasörünü değiştir.

Mevcut ölçümün sonuçlarını kaydetmek için düğmesine basmalısınız. Farklı kaydet Görüntülenen iletişim kutusundaki Tarama Penceresinde bir klasör seçin ve dosya adını ve dosyayı belirtin. ScanData+i.spmÖlçümler yapılırken geçici veri depolama dosyası görevi gören . Varsayılan olarak dosya, ölçümlere başlamadan önce atanan çalışma klasörüne kaydedilecektir. Ölçüm sonuçlarını kaydetme işlemini yapmazsanız, programı bir sonraki başlatışınızda sonuçlar geçici dosyalara kaydedilir. ScanData+i.spm, sırayla üzerine yazılacaktır (çalışma klasörü değiştirilmediği sürece). Programı kapatmadan önce ve programı başlattıktan sonra, çalışma klasöründe geçici ölçüm sonuçları dosyalarının varlığına ilişkin bir uyarı verilir. Ölçümlere başlamadan önce çalışma klasörünü değiştirmek, önceki deneyin sonuçlarının silinmeye karşı korunmasını sağlar. Standart ad Verileri Taraçalışma klasörü seçim penceresinde ayarlanarak değiştirilebilir. Düğmeye bastığınızda çalışma klasörü seçme penceresi çağrılır , ana program penceresinin araç çubuğunda bulunur. Ayrıca ölçüm sonuçlarını pencereye kaydedebilirsiniz. Tarayıcıyı tara, gerekli dosyaları tek tek seçip seçilen klasöre kaydediyoruz.

NT MDT Nova programı, Görüntü Analizi ve diğer programlar tarafından içe aktarılabilen NanoEducator cihazı kullanılarak elde edilen sonuçların ASCII formatında ve Nova formatında (NTMDT) dışa aktarılması mümkündür. Tarama görüntüleri, kesit verileri ve spektroskopi ölçüm sonuçları ASCII formatına aktarılır. Verileri dışa aktarmak için düğmeye tıklayın İhracat ana program penceresinin araç çubuğunda bulunur veya İhracat menü öğesinde Dosya bu pencereyi açın ve uygun dışa aktarma formatını seçin. İşleme ve analize yönelik veriler, önceden başlatılan Görüntü Analizi programına anında gönderilebilir.

Diyalog penceresini kapattıktan sonra ekranda gösterge kontrol paneli belirir.
(Şekil 7-26).

Pirinç. 7 26. Cihaz kontrol paneli

Gösterge kontrol panelinin sol tarafında SPM yapılandırmasını seçmek için düğmeler bulunur:

SSM– tarama kuvveti mikroskobu (SFM)

STM– taramalı tünelleme mikroskobu (STM).

Bir eğitim SPM NanoEducator'da ölçümlerin yapılması aşağıdaki işlemlerin gerçekleştirilmesinden oluşur:

1. Örnek kurulum

DİKKAT! Numuneyi yerleştirmeden önce, probun zarar görmesini önlemek için sensörü ve probu çıkarmak gerekir.

Örneği eklemenin iki yolu vardır:

manyetik bir aşamada (bu durumda numunenin manyetik bir alt tabakaya bağlanması gerekir);

çift ​​taraflı yapışkan bant üzerinde.

DİKKAT! Çift taraflı yapışkan bant üzerine bir numune takmak için, tutucuyu standdan sökmeniz (tarayıcıya zarar vermemek için) ve ardından biraz durana kadar tekrar vidalamanız gerekir.

Manyetik sabitleme durumunda numune, numune tutucunun vidaları sökülmeden değiştirilebilir.

2. Prob sensörünün kurulumu

DİKKAT! Numuneyi taktıktan sonra daima sensörü probla birlikte takın.

İstenilen prob sensörünü seçtikten sonra (sensörü tabanın metal kenarlarından tutun) (bkz. Şekil 7 -27), ölçüm başlığının kapağı üzerindeki prob sensörünü 2 sabitleyen vidayı gevşetin, sensörü tutucu soketine yerleştirin durana kadar sabitleme vidasını saat yönünde hafifçe durana kadar vidalayın.

Pirinç. 7 27. Prob sensörünün kurulumu

3. Tarama konumu seçimi

Bir numune üzerinde çalışmak üzere bir alan seçerken, cihazın alt kısmında bulunan iki koordinatlı tablanın hareketli vidalarını kullanın.

4. Probun numuneye ön yaklaşımı

Ön yaklaşma işlemi her ölçüm için zorunlu değildir; bunun gerçekleştirilmesi gerekliliği numune ile probun ucu arasındaki mesafeye bağlıdır. Probun ucu ile numunenin yüzeyi arasındaki mesafe 0,51 mm'yi aşarsa ön yaklaşma işleminin gerçekleştirilmesi tavsiye edilir. Probun numuneye aralarında büyük bir mesafeden otomatik yaklaşması kullanıldığında, yaklaşma süreci çok uzun zaman alacaktır.

Probu indirmek için manuel vidayı kullanın ve prob ile numune yüzeyi arasındaki mesafeyi görsel olarak kontrol edin.

5. Rezonans eğrisinin çizilmesi ve çalışma frekansının ayarlanması

Bu işlem her ölçümün başında gerçekleştirilmelidir ve bu işlem gerçekleştirilinceye kadar ölçümlerin sonraki aşamalarına geçiş engellenir. Ayrıca ölçüm işlemi sırasında bazen bu işlemin tekrarlanmasını gerektiren durumlar ortaya çıkabilir (örneğin temasın kesilmesi).

Rezonans arama penceresi, gösterge kontrol panelindeki düğmeye basılarak çağrılır. Bu işlem, jeneratör tarafından ayarlanan zorlanmış salınımların frekansı değiştiğinde probun salınımlarının genliğinin ölçülmesini içerir. Bunu yapmak için düğmeye basmanız gerekir KOŞMAK(Şekil 7-28).

Pirinç. 7 28. Rezonans arama ve çalışma frekansını ayarlama penceresi:
a) – otomatik mod, b) – manuel mod

Modunda Otomatik Jeneratör frekansı otomatik olarak prob salınımlarının maksimum genliğinin gözlemlendiği frekansa eşit olarak ayarlanır. Belirli bir frekans aralığında (Şekil 7-28a) probun titreşim genliğindeki değişimi gösteren bir grafik, rezonans zirvesinin şeklini gözlemlemenizi sağlar. Rezonans zirvesi yeterince belirgin değilse veya rezonans frekansındaki genlik küçükse ( 1V'den az), daha sonra ölçüm parametrelerini değiştirmek ve rezonans frekansını yeniden belirlemek gerekir.

Mod bunun için tasarlandı Manuel. Pencerede bu modu seçtiğinizde Rezonans frekansının belirlenmesi ek bir panel belirir
(Şekil 7 -28b), aşağıdaki parametreleri ayarlamanıza olanak tanır:

Prob tahrik voltajı, jeneratör tarafından ayarlanır. Bu değerin minimuma (sıfıra kadar) ve 50 mV'den fazla olmayacak şekilde ayarlanması önerilir.

Genlik kazancı ( Genlik Kazanımı). Prob salınım genliği yetersizse (<1 В) рекомендуется увеличить коэффициент Genlik Kazanımı.

Rezonans arama işlemini başlatmak için düğmesine basmalısınız. Başlangıç.

Mod Manuel fareyi kullanarak yeşil imleci grafik üzerinde hareket ettirerek seçilen frekansı manuel olarak değiştirmenize ve seçilen frekansın etrafındaki dar bir değer aralığında salınımların genliğindeki değişimin doğasını netleştirmenize olanak tanır (bunun için anahtarı ayarlamanız gerekiyor Manuel mod konumlandırmak Kesinlikle ve düğmeye basın Başlangıç).

6. Etkileşim Yakalama

Etkileşimi yakalamak için, otomatik bir yaklaşma mekanizması kullanılarak uç ve numuneye kontrollü bir yaklaşım gerçekleştirilir. Bu prosedüre ilişkin kontrol penceresi, gösterge kontrol panelindeki düğmeye basılarak çağrılır. SCM ile çalışırken, arama işlemi gerçekleştirilip rezonans frekansı ayarlandıktan sonra bu düğme kullanılabilir hale gelir. Pencere SSM, Tedarik(Şekil 7-29), prob yaklaşımına yönelik kontrollerin yanı sıra prosedürün ilerleyişini analiz etmenize olanak tanıyan parametre göstergelerini içerir.

Pirinç. 7 29. Prob yaklaşma penceresi

pencerede Tedarik Kullanıcı aşağıdaki miktarları gözlemleme olanağına sahiptir:

tarayıcıyı genişleterek ( TarayıcıZ) Z ekseni boyunca mümkün olan maksimuma göre, birlik olarak alınır. Tarayıcının göreceli uzama değeri, sol göstergenin, tarayıcının o anda bulunduğu bölgeye karşılık gelen renkle doldurulma seviyesi ile karakterize edilir: yeşil - çalışma bölgesi, mavi - çalışma bölgesinin dışı, kırmızı - çalışma bölgesi tarayıcı numune yüzeyine çok yaklaştı, bu da probun deformasyonuna neden olabilir. İkinci durumda program sesli bir uyarı verir;

prob salınımı genliği birlik olarak alınan kuvvet etkileşiminin yokluğunda salınımlarının genliğine göre. Prob salınımlarının bağıl genliği sağ göstergede bordo dolum seviyesiyle gösterilir. Göstergedeki yatay işaret Prob salınımı genliği tarayıcının durumunun analiz edildiği ve otomatik olarak çalışma konumuna getirildiği seviyeyi belirtir;

adım sayısı ( ŞEvet), belirli bir yönde geçti: Yaklaşma - yaklaşma, Geri çekilme - uzaklaşma.

Prob indirme işlemine başlamadan önce şunları yapmalısınız:

Yaklaşma parametrelerinin doğru ayarlandığını kontrol edin:

Geri bildirim kazancı İşletim sistemi güçlendirmesi değere ayarla 3 ,

Parametrenin olduğundan emin olun Bastırmagenlik (Güç) büyüklüğü yaklaşık 0,2'dir (bkz. Şekil 7-29). Aksi takdirde düğmeye basın Kuvvet ve pencerede Etkileşim parametrelerinin ayarlanması(Şek. 7 -30) ayar değeri Bastırmagenlikler eşit 0.2. Daha hassas bir giriş için parametre değeri Bastırmagenlikler belki daha az .

Parametreler penceresinde ayarların doğru olup olmadığını kontrol edin Seçenekler, sayfa Yaklaşım parametreleri.

Etkileşimin olup olmadığı soldaki gösterge ile belirlenebilir TarayıcıZ. Tarayıcının tam uzantısı (tüm gösterge TarayıcıZ mavi boyalı) ve tamamen bordo boyalı bir gösterge Prob salınımı genliği(Şekil 7-29) etkileşim olmadığını gösterir. Rezonans arandıktan ve çalışma frekansı ayarlandıktan sonra probun serbest salınımlarının genliği birlik olarak alınır.

Tarayıcı yaklaşmadan önce veya yaklaşma sırasında tamamen açılmamışsa veya program şu mesajı gösteriyorsa: 'Hata! Prob numuneye çok yakın. Bağlantı parametrelerini veya fiziksel montajı kontrol edin. Güvenli bir yere gitmek istiyorsanız" yaklaşma prosedürünü duraklatmanız ve:

A. parametrelerden birini değiştirin:

etkileşimin büyüklüğünü arttırmak, parametre Bastırmagenlikler, veya

değeri artır İşletim sistemi güçlendirmesi, veya

yaklaşma adımları arasındaki gecikme süresini artırın (parametre Entegrasyon süresi sayfada Yaklaşım parametreleri pencereler Seçenekler).

B. Probun ucu ile numune arasındaki mesafeyi artırın (Bunu yapmak için paragrafta anlatılan adımları takip edin ve işlemi gerçekleştirin) Rezonans ardından prosedüre geri dönün Tedarik.

Pirinç. 7 30. Prob ile numune arasındaki etkileşim miktarının ayarlandığı pencere

Bir etkileşimi yakaladıktan sonra “ Tedarik tamamlandı”.

Bir adım yaklaşmanız gerekiyorsa düğmeye basın. Bu durumda önce adım yürütülür ve ardından etkileşim yakalama kriterleri kontrol edilir. Hareketi durdurmak için düğmeye basın. Geri çekme işlemini gerçekleştirmek için hızlı geri çekme düğmesine basmanız gerekir

veya yavaş geri çekilme için düğmeye basın. Bir adım geri çekilmeniz gerekiyorsa düğmeye basın. Bu durumda önce adım yürütülür ve ardından etkileşim yakalama kriterleri kontrol edilir.

7. Tara

Yaklaşma prosedürünü tamamladıktan sonra ( Tedarik) ve etkileşimi yakalayın, tarama kullanılabilir hale gelir (gösterge kontrol paneli penceresindeki düğme).

Bu düğmeye tıklayarak (tarama penceresi Şekil 7-31'de gösterilmektedir), kullanıcı doğrudan ölçüm almaya ve ölçüm sonuçlarını elde etmeye devam eder.

Tarama işlemini gerçekleştirmeden önce tarama parametrelerini ayarlamanız gerekir. Bu seçenekler pencerenin üst panelinin sağ tarafında gruplandırılmıştır. Tarama.

Programı başlattıktan sonra ilk kez varsayılan olarak yüklenirler:

Tarama alanı - Bölge (Xnm*enm): 5000*5000 nm;

Puan sayısıeksen ölçümleri- X, Y: NX=100, New York=100;

Tarama yolu - Yön tarama yönünü belirler. Program hızlı tarama ekseninin (X veya Y) yönünü seçmenize olanak sağlar. Programı başlattığınızda kurulur Yön

Tarama parametrelerini ayarladıktan sonra düğmesine basmalısınız. Uygula Girilen parametreleri ve düğmeyi onaylamak için Başlangıç Taramayı başlatmak için.

Pirinç. 7 31. Sürecin kontrol edildiği ve SCM taramasının sonuçlarının görüntülendiği pencere

7.4 Metodolojik talimatlar

NanoEducator tarama probu mikroskobu üzerinde çalışmaya başlamadan önce cihazın kullanım kılavuzunu [Ref. 7-4].

7.5.Güvenlik

Cihaz, 220 V'luk bir voltajla çalışır. NanoEducator taramalı prob mikroskobu, 1000 V'a kadar voltajlara sahip tüketici elektrik tesisatlarının PTE ve PTB'sine uygun olarak çalıştırılır.

7.6.Görev

1. SPM çalışmaları için kendi biyolojik örneklerinizi hazırlayın.

2. NanoEducator cihazının genel tasarımını uygulamalı olarak inceleyin.

3. NanoEducator cihaz kontrol programını tanıyın.

4. İlk SPM görüntüsünü bir öğretmen gözetiminde çekin.

5. Ortaya çıkan görüntüyü işleyin ve analiz edin. Çözümünüz için hangi bakteri türleri tipiktir? Bakteri hücrelerinin şeklini ve boyutunu ne belirler?

6. Bergey Bakteri Belirleyicisini alın ve elde edilen sonuçları orada açıklananlarla karşılaştırın.

7.7.Güvenlik soruları

1. Biyolojik nesneleri incelemek için hangi yöntemler mevcuttur?

2. Taramalı prob mikroskobu nedir? Bunun temelinde hangi prensip yatmaktadır?

3. SPM'nin ana bileşenlerini ve amaçlarını adlandırın.

4. Piezoelektrik etki nedir ve SPM'de nasıl kullanılır? Farklı tarayıcı tasarımlarını açıklayın.

5. NanoEducator'ın genel tasarımını açıklayın.

6. Kuvvet sensörünü ve çalışma prensibini açıklayınız.

7. NanoEducator cihazında probu numuneye getirme mekanizmasını açıklayın. Prob ile numune arasındaki etkileşimin kuvvetini belirleyen parametreleri açıklayın.

8.Tarama prensibini ve geri bildirim sisteminin çalışmasını açıklayınız. Tarama parametrelerini seçme kriterlerini bize anlatın.

7.8.Literatür

Yaktı. 7 1. Paul de Cruy. Mikrop avcıları. Bay Terra. 2001.

Yaktı. 7 2. Mikrobiyolojide uygulamalı derslere yönelik rehber. Düzenleyen: Egorova N.S. M.: Nauka, 1995.

Yaktı. 7 3. Hoult J., Krieg N., P. Sneath, J. Staley, S. Williams. // Bergey bakterisinin tanımlayıcısı. M.:Mir, 1997. T. No. 2. S. 574.

Yaktı. 7 4. Cihaz kullanım kılavuzu NanoEğitimci.. Nijniy Novgorod. Bilim ve eğitim merkezi...

"Biyolojide taramalı prob mikroskobu" dersi için ders notları Ders planı

Soyut

... Taramasondamikroskopi biyolojide" Ders planı: Giriş, SPM'nin tarihçesi. sınırlar uygulamalar... ve nanoyapılar, araştırmabiyolojiknesneler: Nobel ödüllüler... İçinaraştırma spesifik örnek: B taramasondamikroskopiİçin ...

xxiii Rusya Elektron Mikroskobu Konferansının ön programı 1 Haziran Salı sabahı 10 00 – 14 00 Konferansın açılışı açılış konuşması

programı

B.P. Karadzhyan, Yu.L. Ivanova, Yu.F. Ivlev, V.I. Popenko Başvurusonda ve eş odaklı taramamikroskopiİçinaraştırma nanodispers greftler kullanılarak onarım süreçleri...

1. Tüm Rusya Bilimsel Konferansı Fonksiyonel malzemelerin bileşimini ve yapısını incelemek için yöntemler

Belge

ÇOKLU ELEMAN NESNELER STANDARTLAR OLMADAN... Lyakhov N.Z. ARAŞTIRMA NANOKOMPOZİTLER BİYOLOJİK OLARAK AKTİF... Aliev V.Ş. BAŞVURU YÖNTEM PROBMİKROSKOPİLERİÇİNARAŞTIRMA ETKİ... TARAMA KALORİMETRİ VE TERMOSİMÜLE AKIMLAR İÇİNARAŞTIRMA ...