eng
Выпуск #6/2019
И.В.Яминский, А.И.Ахметова, С.И.Орешкин
Модернизированный сканирующий зондовый микроскоп "ФемтоСкан XI"
Модернизированный сканирующий зондовый микроскоп "ФемтоСкан XI"
Просмотры: 3111
Визуализацию живой клетки можно осуществить с помощью атомно-силовой микроскопии, однако деформация мягкой и чувствительной поверхности образца за счет взаимодействия с кантилевером приводит к некоторым затруднениям. Осуществить бесконтактное сканирование можно с помощью капиллярной микроскопии, которая позволяет визуализировать поверхность клетки с разрешением 3–6 нм и практически без силового воздействия.
Теги: capillary microscopy magnetic resonance imaging scanning probe microscopy spectroscopy капиллярная микроскопия магнитно-резонансная томография сканирующая зондовая микроскопия спектроскопия
Модернизированный сканирующий зондовый микроскоп "ФемтоСкан XI"
Improved FemtoScan XI scanning probe microscope
И.В.Яминский1, 2, 3 д.ф.-м.н., проф. МГУ имени М.В.Ломоносова физического и химического факультетов, генеральный директор Центра перспективных технологий, директор Энергоэффективных технологий (ORCID: 0000-0001-8731-3947), А.И.Ахметова1, 2, 3, инженер НИИ ФХБ имени А.Н.Белозерского МГУ, ведущий специалист Центра перспективных технологий и Энергоэффективных технологий (ORCID: 0000-0001-6363-8202), С.И.Орешкин1, научный сотрудник ГАИШ МГУ имени М.В.Ломоносова (ORCID:0000-0003-4767-8671)
I.V.Yaminskiy1, 2, 3, Doctor of Sc. (Physics and Mathematics), Prof. of Lomonosov Moscow State University, Physical and Chemical departments, Director of Advanced Technologies Center, Director of Energy Efficient Technologies, А.I.Аkhmetova1, 2, 3, Engineer of A.N. Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology, Leading Specialist of Advanced Technologies Center and of Energy Efficient Technologies, S.I.Oreshkin1, Researcher
DOI: 10.22184/1993-8578.2019.12.6.370.372
Получено: 09.09.2019 г.
Визуализацию живой клетки можно осуществить с помощью атомно-силовой микроскопии, однако деформация мягкой и чувствительной поверхности образца за счет взаимодействия с кантилевером приводит к некоторым затруднениям. Осуществить бесконтактное сканирование можно с помощью капиллярной микроскопии, которая позволяет визуализировать поверхность клетки с разрешением 3–6 нм и практически без силового воздействия [1, 2, 3].
Living cell may be visualized using the atomic force microscopy, however, deformation of soft and sensitive surface of a sample due to interaction with a cantilever leads to certain difficulties. Capillary microscopy allows a contactless scanning of a cell surface with a resolution of 3–6 nm without, virtually, force interaction [1, 2, 3].
Для реализации установки, в которой режимы зондовой и капиллярной микроскопии были бы совмещены, разработана конструкция модернизированного сканирующего зондового микроскопа "ФемтоСкан XI".
Модернизированный микроскоп состоит из сканера, измерительной головки (рис.2), держателя капилляра и держателя кантилевера. Конструкция микроскопа, которая совмещает режимы сканирования с использованием как кантилевера, так и капилляра, приведена на рис.1.
Для работы в режиме капиллярной микроскопии образец помещается в чашку с электролитом и размещается на сканере с XY перемещением. Стеклянный или кварцевый капилляр устанавливается над поверхностью образца. В качестве электролита может выступать физиологический раствор или раствор хлорида натрия (калия). Во внутреннюю полость капилляра вставлен электрод в виде тонкой Ag-проволоки, покрытой слоем AgCl.
С внешней стороны капилляра располагается второй Ag/AgCl-электрод, к которому прикладывается напряжение смещения V0, поддерживающее ионный ток между внутренним и внешним электродами. Вдали от поверхности образца ионный ток I максимален и не зависит от величины зазора между образцом и кончиком капилляра.
Зонд изготавливается из кварцевого или стеклянного капилляра с помощью пуллера (Sutter Instrument). В зависимости от условий нагрева, скорости и усилия вытяжки можно получить капилляры с выходным отверстием 5–100 нм. Капилляр вставляется симметричным образом в держатели пуллера и жестко фиксируется с двух сторон крепежными элементами.
Радиус капилляра можно надежно контролировать при помощи изменения параметров вытягивания в пуллере: heat, filament, velocity, delay и pull, которые могут быть настроены для получения капилляров с желаемыми формами и размерами. Мы изменяли параметр heat (тепло, сообщаемое лазером капилляру), показывая, что видимый радиус уменьшается с увеличением тепла. Этот эффект хорошо известен при производстве капилляров, когда большее количество теплоты позволяет создавать капилляры меньшего размера. Также радиус капилляра может быть изменен в пределах 7–150 нм простой настройкой мощности лазера во время вытягивания. Изменение остальных четырех параметров (filament, velocity, delay, и pull) может дать более точный контроль над радиусом.
Конструкция измерительной головки включает лазер, фотодиод, платы электронных компонентов, платы управления лазером и фотодиодом, юстировочные винты, держатель кантилевера и держатель капилляра. Таким образом, установка позволяет проводить исследования как в режиме зондовой микроскопии, так и капиллярной микроскопии (рис.3).
С помощью разработанной установки сканирующей зондовой и капиллярной микроскопии продолжены исследования локальных химических реакций в осажденных тонких пленках в рамках совместного российско-иранского проекта.
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 17-52-560001.
ЛИТЕРАТУРА / REFERENCES
Yaminsky I., Akhmetova A., Meshkov G., Salehi F. Combined capillary and probe microscopy. Nanoindustry, 1 (80): 44–48, 2018.
Akhmetova A.I., Yaminsky I.V. Scanning capillary microscopy. Nanoindustry, 7 (78): 42–47, 2017.
Yaminsky I.V. Scanning capillary microscopy. Nanoindustry, 1 (63): 76–79, 2016.
Improved FemtoScan XI scanning probe microscope
И.В.Яминский1, 2, 3 д.ф.-м.н., проф. МГУ имени М.В.Ломоносова физического и химического факультетов, генеральный директор Центра перспективных технологий, директор Энергоэффективных технологий (ORCID: 0000-0001-8731-3947), А.И.Ахметова1, 2, 3, инженер НИИ ФХБ имени А.Н.Белозерского МГУ, ведущий специалист Центра перспективных технологий и Энергоэффективных технологий (ORCID: 0000-0001-6363-8202), С.И.Орешкин1, научный сотрудник ГАИШ МГУ имени М.В.Ломоносова (ORCID:0000-0003-4767-8671)
I.V.Yaminskiy1, 2, 3, Doctor of Sc. (Physics and Mathematics), Prof. of Lomonosov Moscow State University, Physical and Chemical departments, Director of Advanced Technologies Center, Director of Energy Efficient Technologies, А.I.Аkhmetova1, 2, 3, Engineer of A.N. Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology, Leading Specialist of Advanced Technologies Center and of Energy Efficient Technologies, S.I.Oreshkin1, Researcher
DOI: 10.22184/1993-8578.2019.12.6.370.372
Получено: 09.09.2019 г.
Визуализацию живой клетки можно осуществить с помощью атомно-силовой микроскопии, однако деформация мягкой и чувствительной поверхности образца за счет взаимодействия с кантилевером приводит к некоторым затруднениям. Осуществить бесконтактное сканирование можно с помощью капиллярной микроскопии, которая позволяет визуализировать поверхность клетки с разрешением 3–6 нм и практически без силового воздействия [1, 2, 3].
Living cell may be visualized using the atomic force microscopy, however, deformation of soft and sensitive surface of a sample due to interaction with a cantilever leads to certain difficulties. Capillary microscopy allows a contactless scanning of a cell surface with a resolution of 3–6 nm without, virtually, force interaction [1, 2, 3].
Для реализации установки, в которой режимы зондовой и капиллярной микроскопии были бы совмещены, разработана конструкция модернизированного сканирующего зондового микроскопа "ФемтоСкан XI".
Модернизированный микроскоп состоит из сканера, измерительной головки (рис.2), держателя капилляра и держателя кантилевера. Конструкция микроскопа, которая совмещает режимы сканирования с использованием как кантилевера, так и капилляра, приведена на рис.1.
Для работы в режиме капиллярной микроскопии образец помещается в чашку с электролитом и размещается на сканере с XY перемещением. Стеклянный или кварцевый капилляр устанавливается над поверхностью образца. В качестве электролита может выступать физиологический раствор или раствор хлорида натрия (калия). Во внутреннюю полость капилляра вставлен электрод в виде тонкой Ag-проволоки, покрытой слоем AgCl.
С внешней стороны капилляра располагается второй Ag/AgCl-электрод, к которому прикладывается напряжение смещения V0, поддерживающее ионный ток между внутренним и внешним электродами. Вдали от поверхности образца ионный ток I максимален и не зависит от величины зазора между образцом и кончиком капилляра.
Зонд изготавливается из кварцевого или стеклянного капилляра с помощью пуллера (Sutter Instrument). В зависимости от условий нагрева, скорости и усилия вытяжки можно получить капилляры с выходным отверстием 5–100 нм. Капилляр вставляется симметричным образом в держатели пуллера и жестко фиксируется с двух сторон крепежными элементами.
Радиус капилляра можно надежно контролировать при помощи изменения параметров вытягивания в пуллере: heat, filament, velocity, delay и pull, которые могут быть настроены для получения капилляров с желаемыми формами и размерами. Мы изменяли параметр heat (тепло, сообщаемое лазером капилляру), показывая, что видимый радиус уменьшается с увеличением тепла. Этот эффект хорошо известен при производстве капилляров, когда большее количество теплоты позволяет создавать капилляры меньшего размера. Также радиус капилляра может быть изменен в пределах 7–150 нм простой настройкой мощности лазера во время вытягивания. Изменение остальных четырех параметров (filament, velocity, delay, и pull) может дать более точный контроль над радиусом.
Конструкция измерительной головки включает лазер, фотодиод, платы электронных компонентов, платы управления лазером и фотодиодом, юстировочные винты, держатель кантилевера и держатель капилляра. Таким образом, установка позволяет проводить исследования как в режиме зондовой микроскопии, так и капиллярной микроскопии (рис.3).
С помощью разработанной установки сканирующей зондовой и капиллярной микроскопии продолжены исследования локальных химических реакций в осажденных тонких пленках в рамках совместного российско-иранского проекта.
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 17-52-560001.
ЛИТЕРАТУРА / REFERENCES
Yaminsky I., Akhmetova A., Meshkov G., Salehi F. Combined capillary and probe microscopy. Nanoindustry, 1 (80): 44–48, 2018.
Akhmetova A.I., Yaminsky I.V. Scanning capillary microscopy. Nanoindustry, 7 (78): 42–47, 2017.
Yaminsky I.V. Scanning capillary microscopy. Nanoindustry, 1 (63): 76–79, 2016.
Отзывы читателей
