原子間力顕微鏡(AFM)のアサイラム リサーチ

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 バイモーダルデュアルAC AFMイメージングによるコラーゲンファイバーの超微細構造   
 


Elena Tomas Herruzo,Ricardo Garcia,Instituto de Microelectoronica de Madorid,CSIC,マドリッド,スペイン
Roger B.Proksch,Irene Revenko,Monteith G.Heaton,アサイラム リサーチ社


バイモーダルデュアルACイメージングでは、1次と2次のカンチレバー共振を使用することにより、高分解能かつ極めて低フォースのイメージングが可能になります。この技術は強調組成コントラストを提供し、そして従来のAC(タッピングモード)イメージングと異なり、1次モードフィードバックと、位相イメージと一緒の2次モード振幅を組み合わせることにより、表面に極めて優しい、ピコニュートンレベルのフォースで高分解能を実現します。本稿の例では、アサイラム社のMFP-3D AFMを使用してコラーゲンファイバーの超微細構造のイメージをとっています。


従来の振幅変調AFM(タッピングモードもしくはACイメージングとも呼ばれている)では、カンチレバー振動の位相は、カンチレバーの散逸を示しています。 その理由は、フィードバックループが、保存的な(優しい)探針-サンプルの相互作用によるコントラストを阻むからです。また他方で、カンチレバーの振幅が形状と組成フォースによって影響を受け、その結果ハイトイメージの中に形状と組成情報をミックスさせてしまっています。最近、1次と2次の共振励振の合成(バイモーダルイメージング)を利用し、形状と組成コントラストを分離しました1-3。バイモーダルイメージングの顕著なひとつの利点は、探針とサンプル間のフォースを極めて小さくすることができ、組成の鮮明かつ非破壊による差別化が、それも軟らかい生体サンプルでも可能であることです4

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バイモーダルデュアルACでは、カンチレバーを2つ(あるいはそれ以上)の周波数でドライブし、測定します。正弦波の“シェーク”電圧は周波数f1とf2の電圧の加算になります。カンチレバーの振れには、紫のカーブで示されるように、それらの周波数の両方の情報を含みます。2つの周波数の振幅と位相が次に再度2つのロックインによって分離され、コントローラに送られます。コントローラは共振周波数のひとつ、あるいは両方を使用して、フィードバックループを動作させます。


コラーゲンファイバー(300nmスキャンサイズ)のバイモーダルイメージで、(a) 1次モード振幅にフィードバックをかけることによって得られた形状、(b) 1次位相、(c) 2次モード振幅。イメージ(d) は2次モード振幅イメージの領域をズームしたところを示しており、(e) は赤線に沿ってとった断面を示しています。1次モード位相は比較的特徴がありません。2次モード振幅は、2-3nm の分解能を持つ微細構造を示しています。イメージ(a) と(d) の白のバーは50nm長です。

参考文献

1. Rodriguez, T.R. and Garcia, R., Compositional mapping of surfaces in AFM by excitation of the second mode. Applied Physics Letters 84, 449 (2004).

2. Proksch, R., Applied Physics Letters 89, 113121 (2006).

3. Martinez et al., Enhanced compositional sensitivity in AFM by the excitation of the first two flexural modes. Applied Physics Letters 89, 153115 (2006).

4. Patil, S. et al., Force microscopy imaging of individual protein molecules with sub-pico Newton force sensitivity. J. Molecular Recognition 20, 516 (2007).