Két nap múlva szóbelizek, és nincs kinek nyavalyogjak a tételeimről, a tumblr meg úgyis mindent elbír, szóval leírom ami az eszembe jut (kicsit sem tudományos stílusban) - jellegű poszt.
A pásztázószondás mikroszkópok lehetővé teszik, hogy atomi felbontásban kaphassunk információt a vizsgált minták felszínéről. Míg az optikai mikroszkópok csak a diffrakciós limitig képesek nagyított képet biztosítani (kis trükközéssel ez is megugorható, de bonyi), addig például az STM vagy az AFM biztosítani tudja az atomi (angström) felbontást. Az STM (Scanning Tunneling Mincroscopy), vagyis a pásztázó alagútmikroszkóp az alagúteffektust használja ki. Maga a mérőrendszer úgy fest, hogy a pásztázótűre és a mintára feszültséget kapcsolunk, majd varázslat következtében megkapjuk a vezető/félvezető minta topografikus képét. A varázslat ott történik, hogy a tűnek nem kell hozzáérnie a mintához annak érdekében, hogy az áramkörben áram folyhasson. Ugyanis az alagúteffektus épp azt mondja ki, hogy ha elég közel vannak egymáshoz, az elektronok adott valószínűséggel átugorhatják a potenciálgátat. Tehát azon felül, hogy az áramkörre kapcsolt feszültséget mi határozzuk meg, a mért jel erőssége attól is függ, hogy a tű és a minta milyen távolságra vannak egymástól. Az alkalmazott feszültség 100 mV - 1 V körüli, a mért áramerősség pedig nA nagyságrendű, tehát erősítőt mindenképp kell csatolni a rendszerbe. Egyik nehézség, hogy a pásztázótű hegyének túlzás nélkül egy atomnyinak kell lennie a jó felbontás érdekében. Ehhez egy jó választás pl. a platina; ha a platinadrótot elszakítják/eltörik, annak törött végén mikrotüskék alakulnak ki. Jó eséllyel lesz a tüskék között egyetlen olyan szál, ami hosszabb a többinél, ekkor a platinatű már megfelel a méréshez, a többi, rövidebb tüske nem fogja befolyásolni a mérést, ugyanis az alagúteffektus hatótávjába nem érnek bele. Na de mivel pásztázni akarunk, ezért valahogy mozogni is kell... ami önmagában tök egyszerű lenne, ha nem kéne még mindig atomi skálán elvárnunk a pontosságot. A piezoelektromos kristályok alkalmazásával 1-0,1 Angström pontosság érhető el, ez azért woow! De mivel mind x, y és z irányban is akarunk mozogni, rakunk belőle hármat. A piezokristályokra feszültséget kapcsolva, azok egy meghatározott irányban és mértékben alakot váltanak. Ez visszafele is működik, ennek kifejezetten örülünk! Szóval van már félvezető/vezető mintánk, van erősítőnk, van pásztázótűnk és piezokristályunk is. Kelleni fog még egy visszacsatolás is az áramkörbe, ugyanis az STM mérésnek kétféle módja lehet. 1) konstansan tarthatjuk az alagútáramot, vagy 2) konstansan tarthatjuk a tű z pozícióját Ha az alagútáramot akarjuk egy állandó értéken tartani, azt úgy érhetjük el, hogyha a rendszer pl. az áram csökkenését érzékeli, úgy korrigálja a Z piezokristályt, hogy a tű közelebb kerüljön a mintához, s ezzel visszakapjuk ismét a konstans áramerősséget. Ebben az esetben az xy piezofeszültség függvényében ábrázolhatjuk a z piezofeszültséget, és megkapjuk a felület topográfiáját. Ha a tű z pozícióját akarjuk konstanson tartani, akkor az áramkör feszültségét kell változtatni annak függvényében, hogy az alagútáram hogyan változik a tű távolsága miatt. Tehát pl. ha az alagútáram csökken (mert a tű alatt a mintában mondjuk egy völgyben vagyunk -> minta-tű távolság nagyobb lett), akkor a feszültséget lefelé korrigáljuk. Ekkor az xy piezofeszültség függvényében az áramkör feszültségét ábrázoljuk, s szintén egy felületi topográfiát kapunk. Az STM bár egy frappáns dolog, biológiai minták vizsgálatára nem alkalmas, hiszen azok egyrészt nem fémek, másrészt nem is nagyon akarnánk áramkörbe kötni őket... biológiai minták vizsgálatára AFM-et használnak, ami egy fokkal még extravagánsabb az STM-nél!
Szóval az AFM (Atomic Force Microscopy), vagyis az atomerőmikroszkóp az STM-hez hasonló, de alapvetően más fizikai jelenségen alapszik. Itt nincs szükségünk áramkörre, "csak" egy lézerre, detektorra, rugós lapkára, és már kezdhetjük is az indokolatlan tudásszomjunk kielégítését! Nos, az AFM a tű és a minta között fellépő van der Waals erőt használja ki, tehát azt, hogy a két objektum egymástól mért távolságának függvényében kettejük között vonzás, vagy taszítás is felléphet, mely erő a tűt elmozdítja, így a tűhöz rögzített rugós lap meghajlik, mely révén a lapra irányított lézer visszaverődési képe elcsúszik a detektoron. Maga a tű általában valami szilíciumvegyületből készül, a detektor pedig 4 "parcellára" van tagolva annak érdekében, hogy az elmozdulás minél pontosabban mérhető legyen. Lényegében ugye a lézerpont elmozdulásából számoljuk ki a rugós lap meghajlásának szögét, amiből származtatható a tű és a minta között ható vdW kölcsönhatás mértéke. Magát a detektort alsó (Bottom), felső (Top), jobb (Right) és bal (Left) részekre bontják, és betűkkel jelölik a 4 parcellát; bal felső "a", majd rendre a jobb alsóig "d"... A kezdeti setup-ban a lézerfény mindig pont a kereszt közepén van, majd a mérés során az aszimmetriákat számolják a 4 cellából: alsó-felső aszimmetria: T-B = (a+b)-(c+d) jobb-bal aszimmetria: L-B = (a+c)-(b+d) jellemzően elég a T-Bvel foglalkozni, az L-B aszimmetria akkor jelenik meg, ha a rugós lemez valami miatt megcsavarodik(?). Az AFM mérésnek 3 különböző módusát használhatjuk: 1) Contact mode 2) Tapping mode 3) Non-contact mode Contact mode: ilyenkor tű a mérés során folyton a felülethez ér, ekkor a vdW erő r=0 távra taszítóerőként viselkedik. bár nagyon jó felbontás érhető el vele, nem ajánlott puha minták esetén, hiszen könnyen deformálhatjuk, felsérthetjük a biológiai felületeinket, a kemény tű belesüppedhet a mintába. Non-contact mode: ekkor egy konstans távolságot próbálunk tartani a tű és a minta között oly módon, hogy a köztük lévő (távolságból adódó) vonzó hatású vdW erőt mérjük. Tapping mode: a vdW potenciál minimuma körül mozgunk oszcillálva, lényegében kopogtatjuk a minta felszínét. mivel a rugós lapkát rezegtetjük valamilyen meghatározott frekivel, így a lézerfényünk is rezeg, mely rezgés amplitúdóját mérhetjük, és ezt igyekszünk konstanson tartani, így a vdW potenciálgörbe egy adott szakaszán maradva. ekkor a vdW erő z irányú gradiense lesz állandó. a Tapping mode előnye, hogy a mintát kevésbé károsítjuk, hisz a tű és a minta közti súrlódási erő sokkal kisebb, mint contact módban, puha mintákat is vizsgálhatunk, és még a hidrogén-kötések is pásztázhatóak. AFM használható simán erőmérésre is, pl. ha egy kinezin molekulát rögzíteni tudunk az AFM tűjéhez, mérhető az általa kifejtett erő. Használható sejtek rugalmasságának mérésére, kitekerhetünk (denaturálhatunk) vele polimereket, stb.
