原子間力顕微鏡(AFM)のアサイラム リサーチ

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動画集
Cypher blueDrive ナノメカニクス Cypherイメージ Cypher高速スキャニング
生体試料 高分子 フォースカーブ ナノリソグラフィーとマニピュレーション
メガピクセルイメージ 科学材料 3D 最近追加されたイメージ


collagen_2.jpg
タイプTコラーゲンファイバー
ラット尾腱をPBS中で解剖し、そのファイバーをマイカ上に固定しました。イメージは、大気中ACモードで、シリコンカンチレバーを使用してとりました。3D描画されています。1.8μmスキャン。
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donq_2.jpg
ポリカーボネイトのナノリソグラフィー
スクラッチリソグラフィー。5μmスキャン。
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magrelax_2.jpg
VFMでの磁気緩和
Hc近傍でのHDDメディアのイメージ。1μmスキャン。磁場1.725 Oeを印加しています。
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mast_2.jpg
固定された肥満細胞
AFM形状像に重ね合わせた共焦点データ。40μmスキャン。
提供:G. Liu氏(カリフォルニア大学デーヴィス校)のご好意によります。
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anaglyph_2.jpg
ポリカーボネイトのナノリソグラフィー
スクラッチリソグラフィー。5μmスキャン。
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mfm_2.jpg
VFMで磁場を印加した
磁性ナノ粒子集合体

印加磁場を0から1,100 Oeまでスイッチした時、探針とサンプルの相互作用は、引力(明)から斥力(暗)、そして引力に戻るように変化しています。このイメージ系列を得る前に、サンプルには磁場
−2,000 Oeを印加しました。5μm×10μmスキャン。
サンプル提供:G. Agarwal氏(オハイオ州立大学)のご好意によります。
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nanoindent_2.jpg
酸化ケイ素
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sebs_2.jpg
SEBS
シリコンウェハー上のSEBSスピンコート。三次元形状像の上に位相チャンネルを重ねました。2μmスキャン。
サンプル提供:R. Segalman氏およびA. Hexemer氏(カリフォルニア大学サンタバーバラ校, Kramerグループ)のご好意によります。
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sem_2.jpg
カンチレバー vs. ピンヘッド
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spp_2.jpg
シンジオタクチックポリプロピレン
ポリヒーター™を用いて融解させた後の、シンジオタクチックポリプロピレン結晶化のビデオ。時間経過の動画は5時間20分に及び、その間、サンプルは160℃から105℃まで冷却されています。80μmスキャン。
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graphitemanip_2.jpg
グラファイトスター
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バクテリオロドプシンの欠陥ダイナミクス

26フレームからなるこのムービーは、個々の欠陥が、(紫膜の)膜タンパク質バクテリオロドプシン(BR)によって形成された2次元結晶面を動き回っているようすを示しています。結晶表面上を動き回っている“雲”を注意深く見ると、下にある格子と相関のある構造になっていることがわかります。このことから、この“雲”は、格子上を動き回るゆるく結合したBR分子群であり、ときには格子の欠陥サイトに出入りすることもあることが考えられます。このゆるく結合した分子群を個々に解像できていることから、液中タッピングモードでスモールレバー(低サーマルノイズおよび高いQファクター)と微小振幅を使用することにより、非常に弱いイメージングフォースが実現できることを証明しています。液中共振周波数153kHz、振幅9Åの20μm長カンチレバーを使用してイメージング。バッファ条件: 300mM KCl, 10mM TRIS, pH7.8。イメージサイズは100×100nm, 10Hzスキャン速度(51秒/フレーム)。イメージをクリックすると、動画をご覧いただけます。



ps-pmma_2.jpg
温度に起因するポリマーの形態変化
不活性アルゴンガス雰囲気化、およそ13分間、30s/フレームでとられた175℃でのPS-PMMA二元ブロック共重合体薄膜イメージ。ドットのように見える円柱状に立っている部分が面内ストライプを形成することから、時間とともに起こるポリマーの形態変化がわかります。
サンプル提供:Sibener研究室(シカゴ大学)のご好意によります。
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imagestabilization_2.jpg
ドリフトフリーイメージング
1週間連続でとられた、ガラス上の金のイメージ。この画像は250nmスキャン, 1Hz, 256×256ピクセルでとりました。防音カバーは12時間開放し、その後イメージングの開始時に閉じました。カバー内の温度平衡時までイメージはドリフト示すのが当然なのですが、内蔵のイメージ安定化機能により、XY位置を数nmの範囲内にとどめています。さらに、引力モードのイメージングは、最初と最後のフレームを比較することによって証明されるように、針の鈍化を防いでいます。
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hfmicavideo_2.jpg
フッ酸エッチングしたマイカ表面の高速スキャニング
Cypher AFMによるフッ酸エッチングしたマイカの原子ステップの大気中クローズドループACモードイメージ。4.6MHzの共振周波数をもつ10μmカンチレバーを使用。40Hzライン速度。512×512ピクセル。ビデオはリアルタイム(13秒/フレーム)です。
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bovinebonebreak_2.gif
ウシの骨における亀裂伝播
NanoRackサンプルストレッチングステージアクセサリ を使用した伸縮により引き起こされたウシの骨における亀裂伝播。
イメージ提供:Philipp Thurner氏(サウサンプトン大学)のご好意によります。
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capacitorswitching_2.jpg
PZTのコンデンサのスイッチング
0.26μm PZT(Zr/Ti比率が20/80)白金上下電極のコンデンサ。MacroBuilderを用いて0.25Vステップの-3.5Vから+3.5VまでのDCバイアスオフセットを印加。イメージおよびヒストグラムは180°のスイッチング中の強誘電体ドメインの展開を表しています。内蔵のイメージのぶれ補正機構により、XYの位置を数nm以内に固定しています。2μmスキャン。MFP-3D AFMでとりました。
サンプル提供:Radiant Technology社のご好意によります。
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spherulite_2.jpg
PHB/V球晶
この動画は、室温でのポリヒドロキシ酪酸 co 吉草酸の球晶における結晶化の成長端を示しています。位相イメージのシークエンスは、やわらかい融解と硬い結晶との間の機械的なコントラストの差を表しています。スキャンレート40Hz,スキャンサイズ1.5μm。
サンプル提供:J. hobbs氏(シェフィールド大学)のご好意によります。
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esmmovie_2.jpg
電気化学ストレイン顕微鏡 (ESM; Electrochemical Strain Microscopy)
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degaussingdrive_2.jpg
ハードドライブの消磁
VFM2-Teslaを用いて〜0.5テスラの面内磁場で消磁させられた垂直メディアレコーディングハードディスク。MFP-3D AFMでとりました。
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spoton_2.jpg
SpotOn™
目的のスポットの場所をクリックするだけで、電動ステージが自動的にレーザースポットをアライメントします。フォトダイオードシグナルも自動的にセンタリングされます。
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連続CaCO3成長・エッチング溶液下のカルサイトのスクリュー転位

この動画は、Cypher ES 環境制御AFMで、blueDriveフォトサーマル励振を使用してとりました。

成長およびエッチング溶液の連続フロー(〜3µL/s)下で、清浄なへき開カルサイトサンプルをイメージングしました。
成長・エッチング速度をコントロールするために、溶液のpHを変えています。

カンチレバー: Arrow UHF
モード: 水中ACモード
励振: blueDrive 525 kHz
スキャンレート: 19.5 lines/s
スキャンサイズ: 500 nm
ポイント/ライン: 256/128
フレーム毎のイメージング時間: 6.55 秒
プレイバックレート: 52.4X 取得レート

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ポリスチレン/ポリプロピレン・ブレンド中のポリプロピレンの再結晶化

ポリスチレン(PS)とポリプロピレン(PP)のブレンドを140℃まで加熱してシンジオタクティックPPを溶解し、次に一定の速度で冷却しました。その間、1分間当たり1フレームでイメージをとりました。サンプルの冷却が進むに従い、連続したPP相が最初に核をつくり、部分的に並んだ半結晶領域を形成します。その領域の中にはPS球状ドメインの上に形成していくものも見えています。Cypher ES AFMでとりました。スキャンサイズは4µm。

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形状記憶ポリマーのアニーリング

動画は、ポリスチレン(PS)微粒子形状のアニーリング中の回復状況を示しています。MFP-3Dのタッピングモードを使用してイメージングを行いました。スキャンサイズは15 µm。PS粒子を高温、高圧ナノインプリント・リソグラフィ(NIL)プロセスで平坦に成形し、その後、薄く金コートを施しました。動画は粒子を80℃まで加熱したところから開始しています。温度を102℃に急速に上昇させ、それから3時間かけて徐々に110℃まで上げました。アニーリングの間、粒子の直径は減少して高さが増加し、NIL前のもともとの球状体に回復しました。表面にしわが出ていますが、これは回復のダイナミックスや解放歪エネルギーの情報を提供しています。マイクロスケールおよびナノスケールのポリマーのこうしたアプリケーションには、ポリマー粒子や薬物送達や電子パッケージが含まれます。形状記憶効果を組み込めば、そのアプリケーションはもっと増えます。
データ提供:Jason Killgore氏 (NIST) および Lewis Cox氏 (コロラド-ボールダー大学)。
L.M. Cox, J.P. Killgore, Z. Li, Z. Zhang, D.C. Hurley, J. Xiao, and Y. Ding, Adv. Mater. 26, 899 (2013)より改編。
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sPP-PSポリマー膜の融解および再結晶化

この動画は、温度の変化に対してイメージングした、シンジオタクティック・ポリプロピレン(sPP)およびポリスチレン(PS)から成るポリマー薄膜を示しています。Cypher ES AFMでblueDriveフォトサーマル励振を使用してとりました。スキャンサイズは3 µm。位相データチャンネルで示しているのは、コントラストが最もよく表れる理由からです。円形の孤立したドメインはPSで、それらを囲んでいる連続マトリックスはsPPです。sPPの融解温度は〜130-170℃で、PSの融解温度は〜240℃であることにご留意ください。動画はサンプルの温度が〜60℃から開始しています。その後、〜135℃まで徐々に加熱し、その間、PPの微結晶が融解し、さらにサイズが小さくなり、そして融解層が形成されていくところが観察できています。融解における微結晶の高い運動が実際に見えます。sPPが完全に融解する前に加熱を停止し、その後サンプルは徐々に冷されます。残留した微結晶は核形成サイトの働きをし、再結晶化して成長します。いったん温度が60℃に戻ると、より大きな特徴が現れるのが見えます。もしsPPが完全に融解した場合は、再結晶化はかなり異なる形で起こることにご留意ください。このケースはこちらの動画でご覧いただけます。
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トルエン溶媒蒸気中における、PS-PB-PSブロック共重合体のアニーリング

この動画は、トルエン溶媒蒸気に晒した状態でCypher ES AFMでイメージングを行った、ポリスチレン - ポリブタジエン - ポリスチレン・トリブロック共重合体膜のアニーリングを示しています。膜がはじめに溶液からスピンコーティングにより形成されるとき、ブロック共重合体は、さまざまなミクロ相の形態に組織化することが知られています。しかしながら、この形態は最低のエネルギー状態ではない可能性があり、その結果アニーリングによりしばしば著しい再組織化を引き起こします。この動画は、トルエン蒸気がちょうど密閉セルにいきわたったところで始まります。動画は4 µmスキャンで、微細構造の変化が見えるだけでなく、終盤には、シリコン基板から膜が剥離するときに、2つの穴が開く様子も見えています。その後、微細領域をデジタルズームして、ミクロ相の形態が変化する様子をさらに詳しく調べました。
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