Rastersondenmikroskopie (SPM)

Prinzipieller Aufbau

Rastersondenmikroskopie (SPM)

Historische Entwicklung / Auflösung

Beispiel STM

Rastertunnelmikroskopie (STM)

Überlagerung von Orbitalen: Austausch e- zwischenSpitze und Oberfläche: Tunnelstrom, AbstandsabhängigAbbildung der elektronischen Struktur der Oberfläche→ Nur für elektrisch leitende Proben geeignet

Xe-Atome auf Ni-Oberfläche

Rasterkraftmikroskopie (AFM)

Abbildung nichtleitender Proben (Biomoleküle)und Messung in flüssiger Phase

Aufbau AFM

Rasterkraftmikroskopie (AFM)

Auslenkung Tastfeder ~ Wechselwirkungskraft

Attraktive Kräfte F < 0 → neg. Federauslenkung zc < 0

Rasterkraftmikroskopie (AFM)

Rasterkraftmikroskopie (AFM)

Stabilitätskriterium

(1) Tastnadel weit von Oberfläche entferntkeine Auslenkung der Tastfeder

(2) Annäherung an Substrat:Attraktive Oberflächenkräfte (Snap on)

(3→4) Abrupter repulsiver Kontakt mit derOberfläche: Verbiegung der Tastfeder durchViskoeleastizität der Oberfläche bestimmtWachsender Druck auf Spitze bei Probenverschiebung

(5→6) Repulsive Kräfte nehmen ab bei Zurückfahren z-Piezo ab

(7) Maximale Adhäsionskraft(8) Snap off

Rasterkraftmikroskopie (AFM)

Lennard-Jones Potential

Rasterkraftmikroskopie (AFM)

Kraft-Abstandskurven(a) Idealfall elastische Probe(b) elastoplastischen Proben (c) häufiges Artefakt

Einfluss Federkonstante auf Kraft-kurven. Die Instabilität tritt bei kleineren Abständen von Ober-fläche auf wenn der Cantileverhärter ist.

Rasterkraftmikroskopie (AFM)TastfederSi o. SiN3

Rasterkraftmikroskopie (AFM)

Rasterung – Piezoelektrisches Stellelement

Rasterkraftmikroskopie (AFM)

Rasterkraftmikroskopie (AFM)

Betriebsmodi

Statische BetriebsartenContact Mode, Reibungskraftmikroskopie (friction force microscopy)z-Piezo wird nur bewegt, um Auslenkungen des cantilevers zu kompensieren.Cantilever wird nicht zur Schwingung angeregt

Dynamische BetriebsartenTapping ModeModulation des z-Piezos: Oszillation des Cantilevers

Rasterkraftmikroskopie (AFM)

Rasterkraftmikroskopie (AFM)

Rasterkraftmikroskopie (AFM)

Rasterkraftmikroskopie (AFM)

Rasterkraftmikroskopie (AFM)

Rasterkraftmikroskopie (AFM)

Rasterkraftmikroskopie (AFM)

Rasterkraftmikroskopie (AFM)

Zusammenfassung

Rasterkraftmikroskopie (AFM)

Biochemische Anwendungen

Messung Ligand/Rezeptor-Wechselwirkungen

Polymerbead wird an Spizte befestigtund mit Ligand funktionalisiert. Bei Annäherung an Oberfläche kommt eszur Interaktion mit Rezeptor(Bsp. Streptavidin/Biotin)Wird die Spitze zurückgezogen, reißt die Bindung bei einer bestimmten Kraft

Rasterkraftmikroskopie (AFM)

Biochemische Anwendungen

Charakterisierung von Oberflächen für Biosensoren

- Proteine, DNA- Selbstorgansierende Monoschichten (SAMs)

(A) Biotinylierte Alkanthiol-SAMauf Gold

(B) Nach Immobilisierungvon Streptavidin

(B) Vergrößerung 125 x 125 nm

Rasterkraftmikroskopie (AFM)

Biochemische Anwendungen

DNA Moleküle auf aktivierterOberfläche (1,2 x 1,2 µm)

Zellen (Brustkrebszellen) aufOberfläche (78 x 78 µm)