מיקרוסקופ כוח אטומי AFM – סקירה כללית

(F_mic.time_noTitel_600x9011.swf) יעלה בקרוב

מתי המציאו את מיקרוסקופ הכוח האטומי ומי המציא אותו?

פיתוחו של מיקרוסקופ הכוח האטומי, ה-AFM, התאפשר בעקבות פיתוח ה-STM.
בשנת 1986 המציאו  גֶרְד בִּינִיג (Gerd Binnig) יחד עם כריסטוף גרבר (Christoph Gerber) וקלוין קווייט (Calvin Quate) את מיקרוסקופ הכוח אטומי.

הצורך

על אף שה-STM מאפשר קבלת תמונות תלת- ממדיות ברזולוציה ננומטרית, הוא מוגבל לדוגמאות מוליכות חשמל. מיקרוסקופ כוח אטומי פותח כדי לאפשר לסרוק דגמים מבודדים (שאינם בעלי מוליכות חשמלית) בנוסף לדגמים בעלי מוליכות חשמלית. בנוסף, לעומת מיקרוסקופ אלקטרונים, מיקרוסקופ זה לא זקוק לריק כדי לפעול, מה שמאפשר למדוד דגמים חיים (למשל, פני שטח של חיידקים חיים).

Credit: SPMage Prize, (http://www.icmm.csic.es/spmage/) Author: Dr Luciano Paulino Silva. Embrapa Recursos Genéticos e Biotecnologia, Brazil

בתמונה: תמונת תאי דם אדומים שנלקחה בעזרת AFM כחלק ממחקר על השפעת אנטיביוטיקה חדשה שהתגלתה על תאי דם. 

כיצד פועל מיקרוסקופ כוח אטומי ?

מכשיר ה AFM מתבסס על כוחות המשיכה או הדחייה (כוחות ון דר ואלס) שקיימים בין אטומים (נושא שנידון בהרחבה בפרק ג’ על תכונות חומרים בסקאלת הננו). בדומה למיקרוסקופ המנהור, גם מיקרוסקופ זה הוא בשיטת המישוש, אך במיקרוסקופ זה משתמשים בכוחות הנמדדים בין אטומי החוד הסורק לבין אטומי הדגם הנבדק (ומכאן שמו, מיקרוסקופ כח אטומי).

המדידה מבוססת על סריקה של פני הדגם הנבדק בעזרת קצה חד של טיפ סיליקון שמחובר לקורה תומכת. הטיפ משנה את הגובה שלו כתלות בטופוגרפיה של פני השטח, מה שגורם לעיוות הקורה. השינויים בכיפוף הקורה התומכת שאליה מחובר טיפ הסיליקון נמדדים באופן עקיף.

כדי לבצע את המדידה מוקרנת קרן לייזר אל מראה המצויה על גבי הקורה התומכת. הקרן מוחזרת מן המראה ומגיעה אל גלאי שמודד שינויים במיקום הקרן המוחזרת, וכך מאפשר מדידת שינויים במידת כיפוף הקורה התומכת, שינויים הנובעים מתזוזות הטיפ. שימו לב, שתזוזת הלייזר על הגלאי היא משמעותית (לעומת גודל הגלאי), אפילו עבור שינויי גובה קטנים על פני השטח, וכך ניתן להבחין בכל בליטה קטנטנה.

מדידה זו מבוצעת עבור מספר רב של נקודות תוך כדי סריקה הלוך וחזור של השטח ובסופו של התהליך מתקבלת תמונה תלת מימדית מדוייקת של פני השטח.

למתעניינים, הרחבה נוספת (סרטון באנגלית) על מיקרוסקופ אטומי ומיקרוסקופ מינהור ניתן למצוא בקישור הבא

http://virtual.itg.uiuc.edu/training/AFM_tutorial/

לאחר הצפייה בסרטון , ענו על השאלות הבאות:

חסרונות מיקרוסקופ הכח האטומי:

גם במיקרוסקופ זה הדגמים חייבים להיות נקיים מאד (שהרי מודדים רק מה שבפני השטח החיצוניים ביותר, אם יש לכלוך, הלכלוך הוא מה שיימדד), ושטוחים יחסית, ובנוסף הם צריכים להיות מספיק יציבים כדי שלא יזוזו כשטיפ הסיליקון נוגע בהם. המדידה איטית יחסית למיקרוסקופ אלקטרוני, מכיוון שהטיפ צריך לסרוק את פני השטח, נקודה אחר נקודה.

י