Атомно-силовая микроскопия, введение.

Атомно-силовая микроскопия является удивительным методом, который позволяет нам увидеть и измерить структуру поверхности образца с высоким  разрешением и точностью. Атомно-силовой микроскоп (АСМ) позволяет, например, получить изображение с  расположением отдельных атомов или увидеть структуру отдельных молекул. Сканированием в условиях сверхвакуума и низких температур, могут быть измерены размеры отдельных атомов на поверхности образца. С другой стороны, АСМ не нуждается  в таких жестких условиях и может работать в физиологических буферах при 37 С, мониторить биологические процессы и даже видеть ход реакции в реальном времени. Очень маленькие изображения порядка 5 нм в размере, содержат только 40-50 отдельных атомов , которые могут быть собраны для измерения кристаллографической структуры материала. Изображения  размером 100 мкм или больше можно измерить и увидеть формы десятков живых клеток одновременно. АСМ имеет большое преимущество в том, что практически любая проба может быть измерена; это может быть очень твердая проба, например, поверхность керамического материала или  растворенные металлические наночастицы. Также могут быть мягкие пробы, например,  гибкие полимеры человеческих клеток или отдельные молекулы ДНК. Кроме того, что данный микроскоп используют для получения нужных изображений, АСМ имеет также различные "спектроскопические" режимы, которые могут измерять другие свойства образца в нанометровом масштабе.

Из-за больших возможностей, начиная с 1980-х , АСМ стали использовать во всех областях науки: химии , биологии, физике , материаловедении, нанотехнологиях , астрономии, медицине и многих других. Государственные, академические и промышленные лаборатории, используют АСМ для получения изображений с высоким качеством разрешения,  работая с различными образцами, которые приходится исследовать.

АСМ довольно сильно отличается от других микроскопов , потому что он не делает  изображение , фокусируя свет или электроны на поверхности , как оптический или электронный микроскоп. АСМ  " чувствует" поверхность образца с помощью острого зонда , вырисовывая карту поверхности образца .Она отличается от изображения микроскопа , который измеряет двумерную проекцию поверхности образца . Такое двумерное изображение не имеет никакой информации о поверхности образца (высоте, ширине). Как и в случае классического микроскопа, нам пришлось  бы делать вывод из полученного изображения или двигать образец, чтобы получить необходимую информацию. Данные АСМ позволяют составить нужное изображение буквально по «крупинкам». Кажется, что это сложная процедура, но обработка данных довольно проста, и кроме того, она очень гибкая; получив данные АСМ о высоте, ширине и т.п., мы можем получить изображение, которое отображает поверхность образца в трехмерном виде. Мы можем крутить изображение с помощью специальной компьютерной программы, под разными углами, получая нужную информацию о поверхности образца.

АСМ работает иначе, чем другие микроскопы. Зонд, с помощью которого сканируется поверхность, взаимодействует с самим образцом. И это говорит о том, что в отличие от оптических микроскопов, атомные более сложные и не такие удобные в использовании. Хотя большинство людей понимает принцип работы оптического микроскопа, умея наводить резкость, направлять свет, но с АСМ дела обстоят иначе - в нем нет подобных настроек, нет освещения образца, нулевой глубины резкости и т.п. Поэтому эксплуатация АСМ значительно сложнее и будет непривычна для большинства тех, кто имел дело лишь с оптикой. Следовательно, для работы с АСМ, всем начинающим нужно хорошенько проанализировать литературу, разобраться с принципом работы более детально.

Литература:

"Atomic Force Microscopy"
PETER EATON
Requimte, and Faculty of Science,
University of Porto
PAUL WEST
The AFM Workshop