Содержание к диссертации
Введение
1. Атомно-Силовая Микроскопия: общие принципы, инструменты, методы измерения и область применения 9
1.1 Принцип работы АСМ 9
1.2 Методы АСМ измерений 12
1.3 Автоматизация АСМ измерений 21
1.4 Область применений АСМ 22
1.5 Постановка задачи 25
2. Двумерные фазовые карты: режимы притяжения и отталкивания в полуконтактном методе атомно-силовой микроскопии 27
2.1 Модель, описывающая поведение кантилевера в полуконтактном методе 27
2.2 Решение уравнения движения кантилевера 30
2.3 Зависимость амплитуды, средней силы и времени контакта от расстояния 33
2.4 Частотный отклик кантилевера 36
2.5 Определение сдвига фазы для различных режимов и фазовый критерий 40
2.6 Переход на амплитудных и фазовых кривых 42
2.7 Выбор рабочей точки и фазовый контраст 45
2.8 Двумерные фазовые карты как инструмент для определения режима взаимодействия 48
2.9 Влияние свойств материала на переход между режимами 52
2.10 Влияние жесткости кантилевера 54
2.11 Влияние адгезии 55
2.12 Выводы 57
3. Автоматизированные способы оптимизации для работы в режиме притяжения полуконтактного метода 59
3.1 Преимущества режима притяжения 59
3.2 Шумы фазы 60
3.3 Размеры области притяжения 62
3.4 Автоматический выбор параметров для работы в режиме притяжения 66
3.5 Настройка режима притяжения путем построения двумерных карт 69
3.6 Настройка параметров сканирования путем автоматического перебора 74
3.7 Интеграция с экспертной системой 80
3.8 Выводы 80
4. Поточечные измерения рельефа, сил взаимодействия и локальных свойств в Атомно-Силовой Микроскопии 82
4.1 Принцип работы поточечной методики 82
4.2 Сравнение поточечной, контактной и полуконтактной методик...87
4.3 Измерение упругих свойств 91
4.4 Измерение адгезионных свойств 93
4.5 Измерения в жидких средах 95
4.6 Применение поточечной методики 98
4.7 Интерфейс модуля поточечной методики 102
4.8 Выводы 104
Заключение 106
Список литературы 107
- Методы АСМ измерений
- Зависимость амплитуды, средней силы и времени контакта от расстояния
- Размеры области притяжения
- Измерение упругих свойств
Введение к работе
Актуальность темы
Атомно-силовая микроскопия (АСМ) активно используется в ключевых на сегодняшний день областях исследований. Несмотря на то, что появилась она сравнительно недавно, на текущем этапе ее развития разработан широкий спектр методик исследования поверхности и локальных свойств различных материалов. В зависимости от задачи и типа образца подбирается определенная методика измерения, которая позволяет достигнуть необходимого разрешения и уменьшить вероятность повреждения зонда и объекта исследования.
Рост сложности научных экспериментов, необходимость минимизации времени, затрачиваемого на измерение, переход от частных к комплексным автоматизированным решениям, учитывающим специфические особенности конкретной задачи - все эти факторы приводят к увеличению количества и повышению сложности проектов по автоматизации измерений. При разработке комплексных решений необходимо снизить зависимость результатов от уровня теоретической подготовки исследователя, наличия у него опыта работы на приборе и количества затраченного времени. Таким образом, создание научно обоснованных технологических методов автоматизации АСМ-измерений является актуальной научно-технической проблемой.
В рамках данной проблемы существует множество задач, относящихся к различным областям применения АСМ: материаловедение, биология, нанообработка, задачи, связанные с изучением полупроводников, порошков и тонких пленок, медицина, промышленное применение и множество других. В настоящее время одним из стремительно развивающихся направлений в сфере нанотехнологий является биология и смежные с ней области исследований. Решаются проблемы изучения клеточных структур, мембран, протеинов, вирусов, бактерий, тканей, наночастиц и их взаимодействия с другими объектами. Изучение подобных объектов методами АСМ представляет собой сложную задачу, прежде всего из-за вероятности необратимой деформации объекта исследования и зонда при контакте зонда с поверхностью с относительно большой силой взаимодействия (особенно важно при использовании острых зондов, дающих высокое разрешение). Кроме того, обычно объект слабо зафиксирован на подложке или требует наличия жидкой среды. В большинстве случаев для подобных измерений необходимы специфические навыки работы и большие временные затраты. Выбор методики измерения, анализ режимов работы, настройка параметров сканирования - это и многое другое может оказать существенное влияние на истинность полученных результатов, пространственное разрешение и сохранность объекта исследования. В связи с этим автоматизированные методы АСМ, касающиеся измерения биологических объектов очень востребованы. Новые методы должны совмещать в себе полный контроль взаимодействия между зондом и объектом исследования, а также автоматизацию измерений с помощью настройки оптимальных параметров, обеспечивающих неразрушающее сканирование.
Цель и задачи работы
Целью диссертационной работы является развитие и автоматизация методов атомно-силовой микроскопии для изучения биологических объектов. Для достижения цели решались следующие задачи:
Разработка инструмента для анализа сил взаимодействия между зондом и образцом в полуконтактном методе АСМ путем построения двумерных фазовых карт.
Автоматизация выбора параметров для работы в режиме притяжения полуконтактного метода АСМ.
Разработка способа организации поточечных измерений для комплексного анализа биологических объектов на воздухе и в жидкости, а также его апробация на реальных объектах.
Научная новизна
Впервые предложен инструмент для анализа сил в полуконтактном методе АСМ на основе построения двумерных карт распределения сигнала фазового сдвига, как функции амплитуды свободных колебаний зонда и параметра взаимодействия зонд-образец.
Автоматизирован процесс настройки параметров для работы в режиме притяжения полуконтактного метода с использованием фазовых карт.
Разработан и оптимизирован способ организации поточечных измерений рельефа и локальных свойств поверхности на воздухе и в жидкости.
Практическая значимость работы
Способ построения двумерных фазовых карт применяется для анализа сил взаимодействия в полуконтактном методе при работе со всей линейкой сканирующих зондовых микроскопов ЗАО «Нанотехнология МДТ».
Способ выбора режима притяжения в полуконтактном методе путем построения фазовых кривых и двумерных карт содержится в библиотеке стандартных скриптов автоматизации программы управления «Nova» сканирующих зондовых микроскопов ЗАО «Нанотехнология МДТ».
Предложенный способ организации поточечных измерений широко используется в сканирующих зондовых микроскопах Интегра для комплексного изучения биологических объектов на воздухе и в жидкости. Эта методика также применима к исследованию полимеров и порошковых структур в атомно-силовой микроскопии.
Положения, выносимые на защиту
Использование двумерных фазовых карт для анализа сил, действующих между зондом и образцом в полуконтактном методе АСМ, позволяет осуществить выбор параметров (амплитуда свободных колебаний и параметр взаимодействия), однозначно определяющих режим взаимодействия зонд - образец (притяжение или отталкивание).
Предложенные автоматизированные способы для настройки параметров в режиме притяжения полуконтактного метода АСМ снижают силовое взаимодействие между объектом и зондом в несколько раз, сокращают
время, требуемое на выбор оптимальных параметров сканирования, и повышают воспроизводимость результатов. - Предложенная методика поточечных измерений для комплексного анализа свойств поверхности позволяет воздействовать на объект малыми силами (менее 50 пН), минимизирует латеральное взаимодействие зонда и образца по сравнению с контактным и полуконтактным методом, а также значительно упрощает работу в жидкой среде.
Апробация работы
Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях: XI Симпозиум «Нанофизика и Наноэлектроника» (Россия, Нижний Новгород, 2007); 6-я Всероссийская научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь XXI Века -Будущее Российской Науки» - 1 место в секции Физика (Россия, Ростов-на-Дону, 2008); Вторая международная конференция «Современные Достижения Бионаноскопии» (Россия, Москва, 2008); Международный форум по нанотехнологиям «Роснанотех» - 3 место в секции Нанодиагностика (Россия, Москва, 2008); Alp Nanobio International School «ANIS1» (Italy, Bozen, 2009); Eleventh Annual Conference «Yucomat» (Montenegro, Herceg Novi, 2009).
Публикации
Материалы диссертационных исследований опубликованы в 12 научных работах, в том числе 4 статьях в журналах перечня ВАК и ведущих международных журналах.
Структура и объем работы
Методы АСМ измерений
В общем случае при приближении кантилевера к поверхности образца на него начинает действовать дальнодействующая сила Ван-дер-ваальсового притяжения. Затем на расстоянии в несколько ангстрем начинает действовать сила отталкивания. Во влажном воздухе на поверхности образца присутствует слой воды, поэтому возникают капиллярные силы, дополнительно прижимающие кантилевер к образцу. Радиус действия капиллярных сил определяется толщиной жидкой пленки на поверхности. При удалении зонда от поверхности может возникать электростатическое взаимодействие между зондом и образцом. Ван-дер-ваальсовые силы притяжения, капиллярные, электростатические силы, силы отталкивания в области касания зонда с поверхностью образца и силы, действующие на зонд со стороны деформированного кантилевера, в равновесии компенсируют друг друга. В зависимости от расстояния зонд - образец (рис. 1.4) существует три основных метода измерения рельефа поверхности при помощи атомно-силового микроскопа: - контактный метод; - бесконтактный метод; - полуконтактный метод. При использовании контактного метода кантилевер (консоль) изгибается под действием сил отталкивания, действующих на зонд. Сила отталкивания F, действующая на зонд, связана с величиной отклонения кантилевера X законом Гука: F = -кХ, где к является жесткостью кантилевера. Величина жесткости для различных кантилеверов варьируется от 0.01 до 50 Н/м. Величина вертикальных смещений кантилевера измеряется с помощью оптического датчика (фотодиода) системы регистрации и преобразуется в электрический сигнал DFL (вертикальное смещение пятна на фотодиоде). В контактных методах сигнал DFL используется в качестве параметра, характеризующего силу взаимодействия между зондом и поверхностью образца. Величина сигнала DFL прямо пропорциональна силе взаимодействия.
При этом величина изгиба кантилевера поддерживается в процессе сканирования постоянной при помощи системы обратной связи. Таким образом, вертикальные смещения сканера отражают рельеф поверхности исследуемого образца [12, стр. 65; 21]. Контактный метод обладает определенными достоинствами и недостатками. Главным преимуществом является возможность наряду с измерениями рельефа поверхности проводить измерения и других характеристик, таких как сил трения, сопротивления растекания, упругости. Основной недостаток заключается в том, что при исследовании материалов с относительно малой жесткостью (полимеры, биологические объекты, пленки) образцы могут разрушаться (деформироваться иглой), поскольку зонд в процессе сканирования находится в непосредственном контакте с поверхностью исследуемого образца. Наличие существенных капиллярных сил, обусловленных слоем воды на поверхности, также может привести к ухудшению разрешения. Только в ограниченном числе случаев контактный метод оправдывает свое применение для легко разрушаемых образцов с малой жесткостью. Для реализации бесконтактного метода используются вынужденные колебания кантилевера с малыми амплитудами (порядка нескольких нанометров). При этом считается, что зонд не контактирует с поверхностью [12, стр. 82; 60]. Метод обеспечивает сохранность поверхности при сканировании, однако для получения хорошего пространственного разрешения требуются особые условия.
Помимо этого, он обладает сложностями в организации работы обратной связи. Используется преимущественно в условиях вакуума, когда добротность кантилевера увеличивается, что обеспечивает высокую чувствительность, но малую ширину полосы. Это обуславливает малые скорости сканирования. Для повышения чувствительности без ограничений на ширину полосы пропускания или динамического диапазона используется метод детектирования, так называемый метод модуляции частоты [19]. Принцип работы полуконтактного метода заключается в том, что мы сканируем поверхность кантилевером, колеблющимся вблизи поверхности образца на своей резонансной частоте. Особенность состоит в том, что острие зонда находится настолько близко к поверхности образца, что оно слегка «стучит» по ней при сканировании, контактируя с ней в нижней части своего размаха. При этом большую часть периода колебаний, кантилевер не касается поверхности и вообще относительно слабо взаимодействует с образцом. При сканировании образца значение амплитуды колебаний кантилевера поддерживается постоянным при помощи обратной связи, рельеф образца получается из вертикального смещения сканера, по аналогии с контактным методом. Под амплитудой колебаний зонда подразумевается сигнал (MAG), измеренный с фотодиода, который пропорционален амплитуде колебаний консоли кантилевера. Детектирование осуществляется на частоте возбуждения колебаний кантилевера. Взаимодействие кантилевера с поверхностью в полуконтактном методе в основном состоит из ван-дер-ваальсового взаимодействия, к которому в момент касания добавляется упругая сила, действующая на зонд со стороны поверхности. Полуконтактный атомно-силовой метод обладает рядом преимуществ по сравнению с контактным:
Зависимость амплитуды, средней силы и времени контакта от расстояния
Моделируя процесс колебаний кантилевера на основе уравнения движения кантилевера, можно получить важные результаты, которые помогут понять динамику процесса и интерпретировать экспериментальные данные. Амплитуда колебаний, средняя сила за один период и время, в течение которого зонд находится в контакте с поверхностью, достаточно точно отражают количественную и качественную сторону полуконтактного метода [32; 34; 35]. В работе [32] моделирование было выполнено для оксида кремния Si02: Е = 70 ГПа, у = 31 мДж/м2, константа Гамакера Н = 6.4 10"20Дж, коэффициент Пуассона v = 0.3, радиус иглы R = 20 нм, добротность Q = 400, резонансная частота f0 = 350 кГц и модуль Юнга кантилевера Ecant =130 ГПа. Амплитуда колебаний - это главный экспериментальный параметр, измеряемый в полуконтактном методе. Рис. 2.6. Зависимость амплитуды колебаний от расстояния зонд - образец для трех различных амплитуд свободных колебаний Ао = 10, 30 и 60 нм [32]. Для каждой из амплитуд свободных колебаний (рис. 2.6) на кривой существует четыре области, на которых амплитуда колебаний по-разному меняется в зависимости от расстояния зонд - образец z : 1) Амплитуда постоянна, не зависит от расстояния, свободные колебания зонда, силы притяжения отсутствуют (участок, где xJho 1). 2) Амплитуда уменьшается с уменьшением zc. На расстояниях чуть меньше А0 кантилевер начинает чувствовать дальнодействующую силу притяжения. 3) Амплитуда претерпевает скачок. 4) Амплитуда линейно падает с уменьшением zc. Форма участка кривой, на которой происходит переход (скачок), зависит от амплитуды свободных колебаний.
Для амплитуд свободных колебаний 10 и 30 нм наблюдается заметный, довольно резкий перепад, для амплитуды 60 нм переход непрерывный и плавный. С увеличением амплитуды свободных колебаний область перехода сдвигается по кривой в сторону увеличения zc. Во всех рассмотренных случаях, кривые не выявляют причины уменьшения амплитуды, является ли это следствием сил притяжения, отталкивания или их комбинации. Рассмотрим, как ведет себя зависимость средней силы от расстояния зонд-образец для разных амплитуд свободных колебаний. (рис. 2.7). Она увеличивается по абсолютной величине до тех пор, пока скачком не меняет свой знак. Далее по мере уменьшения расстояния она медленно возрастает. Подобное поведение свойственно и для Ао = 30 нм, однако, для А0 = 60 нм сила меняет знак не скачком, а плавно и непрерывно. Средняя отталкивающая сила находится в диапазоне 0.2—2 нН, хотя для больших амплитуд свободных колебаний она значительно возрастает. Максимальная средняя сила в режиме притяжения для любых амплитуд свободных колебаний не превышает 0.5 нН. Иными словами, силовое взаимодействие при работе в режиме притяжения снижается в несколько раз по сравнению с режимом отталкивания. Сравнение рис. 2.6 и рис. 2.7 показывает очевидное соответствие между амплитудными и силовыми кривыми. По силовой кривой уже можно судить о режиме взаимодействия: притяжение или отталкивание. Дальнейшие доказательства присутствия сил отталкивания при переходе можно привести исходя из времени за один период, которое зонд непосредственно контактирует с поверхностью (рис. 2.8). колебаний Ао = 10, 30 и 60 нм [32].
Для амплитуды свободных колебаний Ао = 10 нм на больших расстояниях дальнодеиствующие силы притяжения уменьшают амплитуду и время контакта tc = 0. На некотором расстоянии zc наблюдается переход между режимом чистого притяжения (tc = 0) и режимом отталкивания (tc ф 0). Для Ао = 30 нм кривая также испытывает резкий скачок, которому предшествует малое, но непрерывное изменение времени контакта от 0 до 0.04 от периода колебания. Это означает, что до скачка зонд находится в контакте с образцом, под влиянием короткодействующих сил отталкивания. Для амплитуды свободных колебаний А0 = 60 нм, кривая зависимости времени контакта имеет больший наклон в области перехода. После перехода, когда средняя сила становится положительной, время контакта монотонно растет с уменьшением расстояния зонд-образец. Для стандартных условий измерения время контакта составляет около 10-30% от периода колебаний.
Размеры области притяжения
Для выбора рабочей точки важным параметром является амплитуда свободных колебаний, потому что в зависимости от нее притяжение может быть доминирующим, либо давать вклад во взаимодействие, сопоставимый с отталкиванием, либо быть очень малым. Рассмотрим эти три случая на конкретном примере. В качестве образца возьмем углеродный порошок, осажденный из буферного раствора на поверхность стекла. Будем качественно сравнивать не только рельеф, но и фазовый контраст. Рабочую точку (для каждой из трех амплитуд) будем выбирать примерно в середине области притяжения. Построим двумерную карту распределения фазы (рис 3.3). рельеф (б) и фазовый контраст (в) углеродного порошка. Область сканирования 7x12 мкм. Исходя из полученных изображений (рис. 3.4, 3.5, 3.6), можно сделать вывод, что большие амплитуды свободных колебаний могут привести к появлению артефактов на фазе. Также они приводят к ухудшению пространственного разрешения для небольших объектов. Недостаток малых амплитуд свободных колебаний (доминирующий режим притяжения) заключается в том, что сигнал будет слабым и его придется усиливать, в результате могут появиться дополнительные паразитные генерации и шумы. Генераций можно избежать, уменьшив реакцию обратной связи на изменения амплитуды, но при этом можно потерять информацию о рельефе поверхности. Таким образом, оптимальными являются некоторые промежуточные Наиболее простым способом выбора режима притяжения является контроль сигнала фазы при подводе или во время сканирования при помощи программного осциллографа. Изменяя параметр взаимодействия Set Point, можно выбрать то его значение, при котором фаза становится больше 90. взаимодействия Set Point. Амплитуда свободных колебаний равна 10 нА. При Set Point = 11 нА взаимодействие отсутствует (рис. 3.7). При Set Point = 9 нА мы находимся в потенциале сил притяжения, фаза меняется в сторону увеличения. При Set Point = 7 нА - в поле сил отталкивания, фаза становится меньше 90.
При этом программа может автоматически изменять параметр Set Point, считывая текущее значение сигнала фазы. Амплитуда свободных колебаний выбирается исходя их тех соображений, что размер области притяжения должен быть в заданном диапазоне. Изначально пользователем устанавливаются некоторые стандартные параметры для полуконтактного метода (обычно это относительно большая амплитуда свободных колебаний). Если при данной амплитуде размер области притяжения не достигает требуемого значения при изменении Set Point, то есть область притяжения недостаточно большая, то амплитуда свободных колебаний будет уменьшаться, затем заново измеряться зависимость фазы от Set Point и так далее, пока не выполнится условие (рис. 3.8). Так как для различных материалов оптимальные параметры сканирования могут отличаться, то оптимальный процент доминирования области притяжения для разных объектов может различаться. Рабочая точка автоматически выбирается в середине области притяжения (рис. 3.9). Также можно выбирать рабочую точку, основываясь на характеристику шумов фазы. В этом случае в диапазоне параметров Set Point, соответствующем режиму притяжения, будем находить значение Set Point, при котором шумы фазы минимальны, и устанавливать его в качестве рабочей точки. Однако может возникнуть ситуация, при которой точка минимума шумов фазы окажется близко к точке перехода в режим отталкивания, в этом случае есть вероятность, что в процессе сканирования колебания кантилевера будут постоянно переключаться из одного устойчивого состояния, соответствующего одному из режимов, в другое. Следовательно, появится нестабильность. На рис. 3.10 показана рабочая точка, выбранная, как удовлетворяющая минимуму шума фазы. Можно проводить более глубокий анализ кривых (фазы и шумов фазы) с целью нахождения наилучшего набора параметров. Благодаря этому можно будет исключить влияние разного рода артефактов, которые могут возникнуть во время снятия кривых и привести к неверному выбору рабочей точки. Самым оптимальным способом выбора параметров для реализации режима притяжения является использование двумерных фазовых карт, так как они полностью отражают характер взаимодействия и однозначно определяют область параметров. С их помощью способ автоматизации выглядит следующим образом: - Запуск программы автоматизации. Выбор диапазона амплитуд генератора (развертка карт по оси ординат). Задаем минимальное и максимальное значение амплитуд свободных колебаний, при которых будут сниматься фазовые кривые. - Построение одномерных зависимостей фазы от параметра взаимодействия Set Point для значений амплитуд свободных колебаний в выбранном диапазоне (рис. 3.13).
Измерение упругих свойств
Одной из физических характеристик, которые можно получить одновременно с рельефом при сканировании в поточечной методике, является локальная жесткость. Характеристики упругих свойств (контраст локальной жесткости) получаются из наклона силовой кривой вблизи точки касания с поверхностью, в противном случае нужно учитывать вклад деформаций и внутренних напряжений. Следует заметить, что количественная оценка требует как предварительной калибровки системы, так и последующей обработки полученных данных [79]. Также она зависит от начальной настройки регистрирующей системы: положение лазерного пятна на консоли зонда существенно влияет на чувствительность измерений. В большинстве случаев, предварительно снимается силовая кривая на твердой подложке (кремниевой пластине, стекле) для получения «референс» значения наклона для дальнейших вычислений. Затем измеряется силовая кривая на объекте исследования. Участки кривых, соответствующие силовому взаимодействию, сопоставляются на одном графике и интерполируются. Из разницы Z положений на образце и твердой подложке вычисляется индентация (проникновение) иглы в объект исследования. Отклонение кантилевера пересчитывается в силу с учетом жесткости кантилевера и наклона (чувствительности) кривой, полученной на твердой подложке. В результате, учитывая определенную форму зонда (например, параболическую), можно сделать оценку модуля Юнга. Рис. 4.5. Рельеф (сверху) и контраст жесткости (снизу) полиэтилена с чередующимися слоями низкой и высокой плотности, полученные с помощью поточечной методики. Размер области сканирования 5x20 мкм. На рис. 4.5 представлены результаты по измерению контраста жесткости, полученные с помощью поточечной методики. В качестве образца использовался полиэтилен, состоящий из слоев высокой и низкой плотности. Измерялся боковой срез структуры. На контрасте жесткости видны четкие границы слоя меньшей жесткости в то время как на изображении рельефа из -за неидеального среза края являются размытыми.
Одной из интересных перспектив данной методики является изучение механических и прочностных характеристик с применением модуляции. Прикладывая модуляционный сигнал по Z или X координате в момент касания с поверхностью, можно анализировать механические и вязкоупругие свойства мембран, оболочек объектов в разных направлениях без их повреждения. Дополнительно можно получать амплитудно-частотные характеристики или находить резонансные частоты с помощью цифровой обратной связи. Адгезионные свойства определяются по минимальному значению сигнала отклонения кантилевера при отрыве от поверхности. Величина этого отклонения вычитается из уровня нулевой силы (отклонение кантилевера вдали от образца) в данной точке сканирования и пересчитывается с учетом предварительной калибровки в силу. При этом используется закон Гука в предположении линейной зависимости силы от смещения зонда относительно образца по оси Z. При измерении адгезионных сил (абсолютных значений) следует учитывать несколько факторов. Во-первых, довольно сложно разделить капиллярное взаимодействие от Ван-дер-ваальсовой силы. Во-вторых, истинная величина адгезионного носика на силовой кривой будет зависеть от времени измерения. При очень быстром измерении носик будет прописываться не полностью, в результате чего величина соответствующей силы будет занижена. В-третьих, в присутствии сравнительно большой адгезии (специфика образца или повышенная влажность) фиксированной величины отвода в цикле может не хватить для того, чтобы зонд при отводе вышел из потенциала адгезионных сил. При этом капиллярный мостик не разорвется, носик пропишется не целиком, и подвод начнется не из положения, когда зонд находится в свободном состоянии. Учитывая все эти факторы, алгоритмом предусмотрены дополнительные параметры такие как: дополнительное смещение при отводе, которое прибавляется в каждой точке к величине отвода, чтобы гарантировано выйти из потенциала сил адгезии и время измерения, при увеличении которого зонд медленнее отводится от поверхности. Увеличение этих параметров отрицательно сказывается на скорости сканирования, но в свою очередь позволяет измерить реальные значения сил и избежать некорректной работы. Также автоматически проводится проверка, что зонд в процессе отвода окончательно вышел из потенциала сил адгезии: значение отклонения кантилевера DFL в конечной точке отвода сравнивается со значением, когда зонд не взаимодействует с поверхностью и в случае необходимости зонд дополнительно отводится.
Безусловно, предварительно измерив силовые кривые в нескольких точках, можно определить гарантированную величину отвода, однако, есть вероятность, что в процессе сканирования появится область с большей адгезией, поэтому такая проверка необходима. При работе в жидкости часто не наблюдается отклонения кантилевера вниз при подводе и залипання на отводе. На рис. 4.6 представлены результаты измерения рельефа и адгезионных сил полимерной пленки. Отчетливо видна область с повышенной адгезией (светлая область соответствует большей адгезии). На усредненном сечении разность в силах между областями составляет примерно 40-50 нН с учетом конкретных условий проведения эксперимента. Данная возможность методики может быть использована для изучения силового взаимодействия (структурно-функциональных связей) биологических объектов и для идентификации объектов на поверхности. При модификации зонда чувствительным к объектам измерения материалом, зонд начинает играть роль сенсора (рецептора). Таким образом, при сканировании поверхности с помощью поточечной методики, зонд при отводе будет взаимодействовать только в тех участках, где находятся объекты. Измеряя силу взаимодействия, можно изучать влияние различных модификаторов на взаимодействие с объектами. Преимуществом этой методики является то, что мы можем контролировать реальную силу воздействия на образец с высокой точностью, одновременно получая данные о рельефе поверхности и силовую характеристику без необходимости последующей обработки.
