* MICROSCOPE Revista satirică. A părăsit Novo-Mikolaivsk (nouă Novosibirsk) în 1922. (Ist.: „Siberian Sov. Encycl.”, vol. I, latura.

Microscop Un microscop este un dispozitiv optic folosit pentru a captura imagini mari ale oricăror obiecte sau detalii ale structurii acestor obiecte care nu sunt vizibile cu ochiul liber. Microscopul este un sistem care constă din două lentile, dar

Microscop cu raze X Un microscop cu raze X este un dispozitiv care monitorizează structura microscopică a unui obiect de zi cu zi în prezența vibrațiilor cu raze X. Un microscop cu raze X are o rezoluție mai mare decât un microscop cu lumină, deci

Microscop ionic Un microscop ionic este un dispozitiv în care un fascicul de ioni este creat pentru a crea o imagine, care este creată de o descărcare de gaz sau de un jet de ioni termici. Principiul de funcționare al unui microscop ionic este similar cu un microscop electronic. Trecând prin obiect

Microscop Un microscop este un dispozitiv optic care vă permite să faceți imagini ale obiectelor care nu sunt vizibile pentru ochiul uman. Este asigurată îngrijirea microorganismelor, celulelor, cristalelor și structurilor din aliaj cu o precizie de până la 0,20 microni. Acesta a adus microscopul - cel mai mic

Cine este microscopul lui Vinaish? Cuvântul „microscop” are o asemănare grecească: prima parte înseamnă „mic”, cealaltă – „posterigach”. "Microscopul" steaua este un pastrator chiar si pentru cei mici. Acesta este un instrument care este utilizat pentru vizualizarea obiectelor sensibile,

Primele dispozitive care au făcut posibilă monitorizarea nanoobiectelor și transferul lor au fost microscoapele cu sondă de scanare - un microscop de forță atomică și un microscop tunel de scanare, care funcționează pe un principiu similar. Microscopia cu forță atomică (AFM) a fost dezvoltată de G. Binnig și G. Rohrer, cărora le-au fost distinși Premiul Nobel pentru cercetările lor în 1986. Crearea unui microscop cu forță atomică, capabil să detecteze forțele gravitaționale și mișcarea care apar între atomii învecinați, a făcut posibilă „zdrobirea și frecarea” nanoobiectelor.

Malyunok 9. Principiul unui microscop cu sondă de scanare robotizată. Linia punctată arată progresul laserului. Alte explicații în text.

Baza AFM (div. Fig. 9) este o sondă din siliciu și este o placă subțire cantilever (se numește cantilever, din cuvântul englezesc „consolă” - consolă, fascicul). La capătul consolei (lungime 500 μm, lățime 50 μm, grosime 1 μm) există un vârf foarte ascuțit (lungime 10 μm, raza de rotunjire de la 1 la 10 nm), care se termină într-un grup de unul sau mai mulți atomi (div. Fig. 10).

Malyunok 10. Microfotografii electronice ale uneia și aceleiași sonde, împărțite în creșteri mici (sus) și mari.

Când microsonda este mutată de-a lungul suprafeței suprafeței, vârful vârfului se ridică și coboară, oglindind microrelieful suprafeței, similar modului în care un cap de gramofon se mișcă în jurul reportofonului. La capătul proeminent al cantileverului (deasupra vârfului, div. Fig. 9) există o zonă în oglindă unde cade lama laser și din care bate. Când un vârf coboară și se ridică pe suprafețe neuniforme, membrana impactată este respirată, iar această vibrație este înregistrată de un fotodetector, iar forța prin care vârful este atras de atomii adiacenți este detectată de un fotodetector.

Datele fotodetectorului și fotodetectorului sunt stocate în sistem strigătul clopotului cum putem asigura, de exemplu, o mărime constantă a forței de interacțiune dintre microsondă și suprafața probei. Ca rezultat, este posibil să se determine relieful volumetric al suprafeței imaginii în timp real. Distanța de separare a metodei AFM este de aproximativ 0,1-1 nm pe orizontală și 0,01 nm pe verticală. Imaginea bacteriilor coliforme, luată cu ajutorul unui microscop cu sondă și scanată, este prezentată în Fig. unsprezece.

Malunok 11. Bacteria coli intestinală ( Escherichia coli). Imaginea a fost obținută folosind un microscop cu sondă de scanare. Lungimea bacteriilor este de 1,9 microni, lățimea este de 1 microni. Grosimea flagelului este de 30 nm și 20 nm, similară.

Un alt grup de microscoape de sondare care scanează, pentru a crea un relief pe suprafață, este cunoscut sub numele de „efectul de tunel” mecanic-cuantic. Esența efectului de tunel constă în faptul că curentul electric dintre capul de metal ascuțit și suprafață, care este întins la o distanță de aproximativ 1 nm, începe să se afle sub această suprafață - cu cât stai mai puțin, cu atât mai multe fluxuri. Sunt. Dacă se aplică o tensiune de 10 V între bază și suprafață, acest debit „tunel” poate fi ajustat de la 10 pA la 10 nA. Vioi acest strum și menținându-l stabil, îl puteți menține constant și puteți sta între gol și suprafață. Acest lucru permite un profil de suprafață volumetric (div. mic 12). În loc de un microscop cu forță atomică, un microscop tunel care scanează poate scana doar suprafețele metalelor sau ale conductorilor.

Malyunok 12. Capul microscopului tunel, care scanează, este situat într-o poziție staționară (săgeți div.) deasupra bilelor de atomi de pe suprafața trasată.

Un microscop tunel de scanare poate fi rotit pentru a muta orice atom într-un punct selectat de operator. De exemplu, dacă tensiunea dintre capul microscopului și suprafața probei este puțin mai mare decât suprafața necesară, cel mai apropiat atom al probei se transformă într-un ion și „sare” la cap. După ce mișcați ușor capul și schimbați tensiunea, puteți strânge atomul „în dungi” înapoi pe suprafața ochiului. De asemenea, este posibil să se manipuleze atomi și să se creeze nanostructuri etc. structurile de suprafață variază în dimensiune de ordinul unui nanometru. În anii 1990, oamenii de știință de la IBM au arătat ce era posibil prin încărcarea a 35 de atomi de xenon la numele companiei lor pe o taxă de nichel (Fig. 13).

Figura 13. Pliat din 35 de atomi de xenon pe o plată de nichel sub numele companiei IBM, asamblată de oamenii de știință ai companiei pentru microscopul cu sondă de scanare în 1990.

Cu ajutorul unui microscop cu sondă, este posibil să se distrugă atomii și să se creeze schimbări în auto-organizarea acestora. De exemplu, dacă există o picătură de apă pe o placă metalică pentru a deplasa tiolii, atunci sonda microscopului va accepta o astfel de orientare a acestor molecule, în care pe placă se vor forma cele două cozi de carbohidrați ale acestora. Ca rezultat, este posibilă crearea unei monobile de molecule de tiol care se lipesc de placa metalică (extraordinară Fig. 14). Această metodă de a crea un monobil de molecule pe o suprafață metalică se numește „nanolitografie de pere”.

Figura 14. În întuneric – un cantilever (gri-oțel) al unui microscop cu sondă de scanare deasupra unei plăci de metal. În dreapta este o imagine mai mare a zonei (conturată în alb de mâna stângă mică) de sub sonda cantilever, cu o reprezentare schematică a unei molecule de tiol cu ​​cozi de carbohidrați violet dispuse într-o monobilă lângă vârful sondei. Adaptare după Scientific American, 2001, sept, p. 44.

introduce

În prezent, domeniul științific și tehnologic se dezvoltă rapid - nanotehnologia, care susține o gamă largă de cercetări fundamentale și aplicate. Aceasta este o tehnologie fundamental nouă, care pune probleme în diverse domenii, cum ar fi comunicațiile, biotehnologia, microelectronica și energia. Astăzi, peste o sută de companii tinere dezvoltă produse nanotehnologice care vor intra pe piață în următorii doi sau trei ani.

Nanotehnologiile vor deveni tehnologii de vârf în secolul 21 și vor facilita dezvoltarea economiei și a sferei sociale a căsătoriei și pot deveni o nouă revoluție industrială revoluționară. În ultimii două sute de ani, progresul în revoluția industrială a fost realizat cu prețul risipei a aproximativ 80% din resursele Pământului. Nanotehnologiile ne vor permite să schimbăm în mod semnificativ consumul de resurse și nu vor implica prea mult din calea de mijloc; ele vor juca un rol semnificativ în viața omenirii, deoarece, de exemplu, computerul a devenit o parte invizibilă a vieții oamenilor.

Progresul în nanotehnologie a fost stimulat de dezvoltarea metodelor experimentale de urmărire, cele mai informative, cum ar fi metodele de microscopie cu sonde de scanare, producția și mai ales extinderea unei astfel de lumini, rezultând laureați ai Nobel 198 6 - către profesorul Heinrich Rohrer și Dr. Gerd Binnig .

Există o lume de fascinație în metode atât de simple de vizualizare a atomilor, precum și posibilitatea de a le manipula. Multe grupuri pre-Slednitsky au început să-și construiască propriile dispozitive și să experimenteze în această direcție. Ca urmare, au fost create scheme de ajustare la nivel scăzut, care au fost introduse metode diferite vizualizarea rezultatelor interacțiunii sondă-suprafață, cum ar fi: microscopie de forță laterală, microscopie de forță magnetică, microscopie de înregistrare a interacțiunilor magnetice, electrostatice, electromagnetice y. A existat o dezvoltare intensivă a metodei de microscopie optică în câmp apropiat. Au fost dezvoltate metode de infuzie directă, controlată în sistemul sondă-suprafață, de exemplu, nanolitografia - modificările sunt injectate la suprafață sub influența infuziilor electrice, magnetice, a deformărilor plastice și a luminii în sistemul sondă-suprafață. Au fost create tehnologii pentru producerea de sonde din parametri geometrici specificați, cu acoperiri și structuri speciale pentru vizualizarea diferitelor proprietăți ale suprafeței.

Microscopia cu sondă de scanare (SPM) – una dintre cele mai dificile metodele actuale investigarea morfologiei și puterilor locale ale suprafeței unui corp solid cu spațialitate mare. În ultimii 10 ani, microscopia cu sondă de scanare a fost transformată într-o tehnică exotică, accesibilă doar unui număr limitat de grupuri de pre-sondaj, extinsă pe scară largă, iar un instrument pentru urmărirea autorităților de suprafață a devenit cu succes stabilit. În zilele noastre, practic orice cercetare în domeniul fizicii suprafețelor și al tehnologiilor de combustibil fin nu se poate face fără utilizarea metodelor SPM. Dezvoltarea microscopiei cu sonde de scanare a servit, de asemenea, drept bază pentru dezvoltarea de noi metode în nanotehnologie - tehnologia de a crea structuri la scară nanometrică.

1. Context istoric

Pentru a monitoriza alte obiecte, olandezul Anton van Leeuwenhoek a folosit un microscop în secolul al XVII-lea pentru a dezvălui lumina microbilor. Microscoapele lor au fost incomplete și au dat o creștere de 150 până la 300 de ori. În cele din urmă, succesorii săi au perfecționat acest aparat optic, punând bazele unor descoperiri bogate în biologie, geologie și fizică. Cu toate acestea, la sfârșitul secolului al XIX-lea (1872), opticianul german Ernst Karl Abbe a arătat că, prin difracția luminii, partea separată a microscopului (atunci există o distanță minimă între obiecte, cu excepția cazului în care sunt supărați într-o singură imagine). ) este înconjurat de un porumbel de fir ușor (0,4 – 0, 8 µm). Tim însuși a cruțat o mulțime de optici, care încercau să dezvolte microscoape mai amănunțite, dar i-a dezamăgit pe biologi și geologi, care și-au pierdut speranța de a încerca să găsească o modalitate de a crește valoarea de peste 1500x.

Istoria creării microscopului electronic este un exemplu miraculos al modului în care știința și tehnologia care se dezvoltă independent pot, prin schimbul de informații furate și lucrând constant împreună, să creeze un nou instrument științific puternic de urmărire. Punctul culminant al fizicii clasice a fost teoria câmpului electromagnetic, care a explicat expansiunea luminii, creșterea câmpurilor electrice și magnetice, fluxul de particule încărcate în aceste câmpuri ca expansiunea câmpurilor electromagnetice. Optica lui Hvili a dezvoltat fenomene inteligente de difracție, mecanismul de formare a imaginii și un grup de factori care indică microscopia luminoasă. Succesul fizicii teoretice și experimentale se datorează descoperirii electronului cu puterile sale specifice. Odată cu aceasta, s-ar părea, evoluțiile independente au dus la crearea bazelor opticii electronice, unul dintre cele mai importante programe ale anilor 1930. În referire directă la această posibilitate, se poate lua în considerare ipoteza despre natura Hwylliană a electronului, propusă în 1924 de Louis de Broglie și confirmată experimental în 1927 de K. Davisson și L. Germer în SUA și de J. Thomson. în Anglia. Tim însuși a fost îndemnat de o analogie, care i-a permis să urmeze legile opticii vacilor. H. Bush a descoperit că cu ajutorul câmpurilor electrice și magnetice se pot forma imagini electronice. Prima are două decenii și 20 de secole. S-au făcut modificări tehnice necesare. Laboratoarele industriale care au lucrat la oscilograful electron-electronic au furnizat tehnologie de vid, dispozitive și jeturi stabile de înaltă tensiune și emițători electronici buni.

În 1931, R. Rudenberg a depus o cerere de brevet pentru un microscop electronic, care strălucește, iar în 1932, M. Knoll și E. Ruska au creat primul astfel de microscop, care folosea lentile magnetice înghețate pentru focalizarea electronilor. Acest dispozitiv a fost folosit ca frontieră pentru actualul microscop electronic optic (OPEM). (Ruska a câștigat premiul Nobel pentru fizică pentru 1986.) În 1938, Ruska și B. von Borris au produs un prototip de OPEM industrial pentru compania Siemens-Halske din Nimecchina; Acest dispozitiv vă permite să atingeți o rezoluție de 100 nm. Câțiva ani mai târziu, A. Prebus și J. Hiller au inițiat primul OPEM la nivel înalt la Universitatea din Toronto (Canada).

Posibilitățile largi ale OPEM au devenit imediat evidente. Această producție industrială a fost lansată simultan de compania Siemens-Halske din Germania și corporația RCA din SUA. La sfârșitul anilor 1940, astfel de dispozitive au început să fie produse de alte companii.

REM în cea mai nouă formă a fost fondată în 1952 de Charles Otli. Este adevărat că cele mai vechi versiuni ale unui astfel de dispozitiv au fost inspirate de Knoll în Germania în anii 1930 și Zvorikin și colegii săi de la corporația RCA în anii 1940, dar alte dispozitive ar servi ca bază mai amănunțit pentru low-tech, astfel încât dezvoltarea variantei industriale a REM a fost finalizată la mijlocul anilor 1960. Numărul de oameni care trăiesc cu un dispozitiv atât de simplu cu imagini volumetrice și un semnal electronic de ieșire s-a extins datorită fluidității vibrației. În acest moment, există o duzină de dispozitive comerciale REM pe trei continente și zeci de mii de astfel de dispozitive care sunt testate în laboratoare din întreaga lume.. 5 milioane de volți RTM buv Fondată de G. Binnig și R. Rohrer în 1979, la Zurich, crearea RTM Binnig și Rohrer (în același timp cu Ruska) a câștigat Premiul Nobel.

În 1986, Rohrer și Bunning au descoperit un microscop cu sondă care scanează. De la lansare, STM a fost acceptat pe scară largă de multe specialități diferite, îmbrățișând aproape toate disciplinele științelor naturale, de la cercetarea fundamentală în domeniile fizicii, chimiei, biologiei și până la progrese tehnologice specifice. Principiul STM este atât de simplu, iar potențialul este atât de mare încât este imposibil să-și transfere afluxul către știință și tehnologie până la următoarea.

După cum sa dovedit, în practică, orice interacțiune a sondei fierbinți cu suprafața (mecanică, magnetică) poate fi modificată folosind dispozitive similare și programe de calculator lângă suprafața imaginii.

Instalarea unui microscop cu sondă de scanare constă din mai multe blocuri funcționale prezentate în Fig. 1. În primul rând, microscopul în sine este echipat cu un manipulator de presiune pentru examinarea sondei, care transformă fluxul de tunel într-o tensiune și un motor de sânge pentru desenarea imaginii; bloc de convertoare analog-digital și digital-analogic și amplificatoare de înaltă tensiune; blocați keruvannya cu un motor de crocodil; o placă cu un procesor de semnal care procesează semnalul de asigurare; un computer care colectează informații și oferă o interfață cu computerul. Din punct de vedere structural, unitatea DAC și ADC este instalată în aceeași carcasă cu unitatea de alimentare. În slotul de expansiune ISA este instalată o placă cu procesor de semnal (DSP – Digital Signal Processor) ADSP 2171 de la Analog Devices calculator personal.

O vedere detaliată a sistemului mecanic al microscopului este prezentată în Fig. 2. Sistemul mecanic include o bază cu un pseudomanipulator și un sistem pentru alimentarea lină a imaginii pe un motor rotativ cu o cutie de viteze și două capete vibratoare vibrante pentru funcționarea robotului în modurile de scanare tunel și microscop cu forță atomică ii. Microscopul vă permite să obțineți date atomice stabile pe suprafețele de testare tradiționale fără a usca filtre seismice și acustice suplimentare.

2. Principiile microscoapelor cu sondă de scanare robotizată

În microscoapele cu sondă de scanare, observarea microreliefului suprafeței și a structurilor locale se realizează folosind o procedură specială suplimentară pentru pregătirea sondelor în partea de sus a capului. Partea de lucru a unor astfel de sonde (vistra) măsoară aproximativ zece nanometri. Este tipic ca distanța dintre sondă și suprafața petelor în microscoapele cu sondă să fie de ordinul mărimii 0,1 – 10 nm. Funcționarea microscoapelor cu sondă se bazează pe tipuri diferite Interacțiunea sondei cu suprafața. Astfel, funcționarea microscopului tunel se bazează pe detectarea trecerii fluxului de tunel între capul metalic și ochiul care urmează să fie efectuat; Diferite tipuri de interacțiuni de forță stau la baza funcționării forței atomice, forței magnetice și forțelor electrice. Să aruncăm o privire la orezul întunecat, alimentat de diferite microscoape cu sondă. Interacțiunea sondei cu suprafața este caracterizată de un anumit parametru P. Deoarece claritatea și valoarea neechivocă a parametrului P sunt clare atunci când sonda este ridicată, atunci acest parametru poate fi utilizat pentru organizarea sistemului de cuplare de retur (OS) pentru control Poziționați-vă între sondă și ochi. În fig. 3 indicatii schematice principiul zagalny organizarea conexiunii gateway-ului SPM.

Sistemul de porți păstrează constantă valoarea parametrului P, egală cu valoarea setată de operator. De îndată ce se modifică poziția suprafeței sondei, se modifică parametrul P. Sistemul OS generează un semnal diferențial, proporțional cu valoarea ΔP = P - P, care este redus la valoarea necesară și alimentat elementul final IE. Elementul final produce un semnal rezonant prin aducerea sondei aproape de suprafață sau prin îndepărtarea unor părți suplimentare până când semnalul devine zero. Cu această metodă, este posibil să se obțină o imagine-sondă cu mare precizie. Când sonda este mutată de pe suprafața probei, parametrul de interacțiune P este determinat de relieful suprafeței. Sistemul OS răspunde la schimbări, astfel încât atunci când sonda se mișcă în zona X, Y, semnalul de pe elementul final apare proporțional cu topografia suprafeței. Pentru a captura imagini SPM, este necesar un proces special de scanare a imaginii. Când este scanată, sonda se prăbușește imediat peste suprafața liniei (rândului), iar valoarea semnalului de pe elementul vârf, proporțională cu relieful suprafeței, este înregistrată în memoria computerului. Apoi sonda se rotește în punctul de ieșire și trece la următorul rând de scanare (dispunerea cadrului) și procesul se repetă din nou. Înregistrările în acest mod, atunci când sunt scanate, semnalul de poartă este procesat de computer, iar apoi imaginile ZZM vor fi create pe baza reliefului suprafeței. grafica pe computer. Pentru a studia topografia suprafeței, microscoapele cu sondă permit studierea diferitelor proprietăți ale suprafeței: mecanice, electrice, magnetice, optice și altele.

3. Elemente de scanare (scanere) ale microscoapelor cu sondă

3.1 Elemente de scanare

Pentru funcționarea microscoapelor cu sondă, este necesar să se controleze poziția de lucru a sondei și să detecteze deplasarea sondei în planul probei cu o precizie ridicată (echivalent cu frecvențele angstrom). Această sarcină este realizată cu ajutorul unor manipulatoare speciale - elemente de scanare (scanere). Elementele de scanare ale microscoapelor cu sondă sunt pregătite din materiale piezoelectrice - materiale care au putere piezoelectrică. Pezoelectricii își schimbă dimensiunea ca răspuns la câmpul electric extern. Nivelul efectului de întoarcere pentru cristale este scris sub forma:

unde u este tensorul de deformare, E este componentele câmpului electric, d este componentele tensorului coeficientului piezoelectric. Tipul tensorului coeficientului piezoelectric este determinat de tipul de simetrie a cristalelor.

În diverse aplicații tehnice, o gamă largă de tehnologii au fost dezvoltate folosind materiale otrăvitoare. Pezoceramica este un material policristalin polarizat produs prin aglomerarea de pulberi din feroelectrici cristalini. Polarizarea ceramicii se realizează în acest fel. Ceramica este încălzită peste temperatura Curie (pentru majoritatea ceramicii ceramice, temperatura este mai mică de 300C), și apoi complet răcită într-un câmp electric puternic (aproximativ 3 kV/cm). După răcire, ceramica ceramică este indusă prin polarizare și încep să-și modifice dimensiunile (crește sau modifică în funcție de direcția reciprocă a vectorului de polarizare și a vectorului câmpului electric extern).

În microscopia cu sondă de scanare cu lățime largă au apărut părțile tubulare ale piezoelementelor (Fig. 4). Ele vă permit să gestionați deplasări mari ale obiectelor cu tensiuni relativ scăzute de controlat. Părțile tubulare ale elementelor petrochimice sunt cilindri goli cu pereți subțiri din materiale petroceramice. Electrozii care arată ca niște bile subțiri de metal sunt aplicați pe suprafețele exterioare și interioare ale tubului, iar capetele tubului sunt lăsate neacoperite.

Datorită diferenței de potențial dintre electrozii interni și externi, tubul își modifică dimensiunile. În acest caz, deformarea târzie sub influența câmpului radial electric poate fi înregistrată sub forma:

de l - Tub Dovzhina într-o moară neformată. Absolut subtăierea

unde h este grosimea peretelui de tăiere, V este diferența de potențiale dintre electrozii interni și externi. Astfel, cu aceeași tensiune V, presiunea tubului va fi mai mare, cu cât presiunea este mai mare și grosimea peretelui este mai mică.

Conectarea a trei tuburi într-un singur tub permite mișcări precise ale sondei microscopului în trei direcții reciproc perpendiculare. Un astfel de element de scanare se numește trepied.

Dezavantajele unui astfel de scaner sunt pliabilitatea designului și asimetria puternică a designului. Astăzi, cea mai utilizată microscopia cu sondă de scanare este scanerele fabricate pe baza unui singur element tubular. Aspectul ascuns al unui scaner tubular și diagrama aranjamentului electrozilor sunt prezentate în Fig. 5. Materialul tubului se aliniază radial cu vectorul de polarizare.

Electrodul intern este potrivit. Electrodul extern al scanerului separă cilindrul de întărire în patru secțiuni. Când se aplică o tensiune antifază pe secțiunea proximală a electrodului extern (sau a celei interne), secțiunea tubului se scurtează în locul în care câmpul este direct evitat cu polarizarea directă, și este concentrat acolo, acolo unde sunt. drept pe partea prosternată. Aceasta este pentru a conecta tubul direct la linia principală. În acest fel, scanarea este efectuată în zona X, Y. Modificarea potențialului electrodului intern în toate secțiunile externe duce la o îndreptare sau scurtare a tubului de-a lungul axei Z. În acest fel, este posibilă organizarea unui scaner tricoordonat pe bază de o conductă. Elementele reale de scanare au adesea o structură pliabilă, iar principiile muncii lor se pierd de la sine.

Scanerele bazate pe elemente de rășină bimorfă au devenit, de asemenea, tot mai răspândite. Bimorful este alcătuit din două plăci piezoelectrice, lipite între ele în așa fel încât vectorii de polarizare din pielea acestora să fie în direcția opusă (Fig. 6). Cum se aplică tensiune electrozilor bimorfi, așa cum se arată în Fig. 6 apoi una dintre plăci se va extinde, iar cealaltă se va micșora, ducând la prăbușirea întregului element. În modelele reale ale elementelor bimorfe, se creează o diferență de potențial între electrozii interni și externi, astfel încât într-un element câmpul să fie în direcția vectorului de polarizare, iar în celălalt există un protilenno ovan direct.

Dezvoltarea bimorfului sub influența câmpurilor electrice formează baza lucrării piezoscanerelor bimorfe. Prin combinarea a trei elemente bimorfe într-un singur design, este posibil să se implementeze un trepied bazat pe elemente bimorfe.

Dacă electrozii externi ai elementului bimorf sunt separați de același sector, este posibil să se organizeze rotația sondei de-a lungul axei Z în planul X, Y al unui element bimorf (Fig. 7).

În mod efectiv, prin aplicarea tensiunii antifază la perechile proximale de secțiuni ale electrozilor externi, este posibilă aprinderea bimorfului astfel încât sonda să se prăbușească în zona X, Y (Fig. 7 (a, b)). Și prin modificarea potențialului electrodului intern în raport cu toate secțiunile electrozilor externi, bimorful poate fi suprimat prin deplasarea sondei în direcția Z (Fig. 7(c, d)).

3.2 Neliniaritatea ceramicii ceramice

În ciuda o serie de avantaje tehnologice față de cristale, ceramica ceramică are unele deficiențe care afectează negativ funcționarea elementelor în mișcare. Unul dintre aceste neajunsuri este neliniaritatea puterii electrice. În fig. 8 ca cap la cap, valoarea deplasării tăieturii în linia dreaptă Z se determină în funcție de valoarea câmpului aplicat. În sens invers (în special cu câmpuri ceramice mari), ceramica ceramică se caracterizează printr-un grad neliniar de deformare în câmp (sau în tensiunea care îl controlează).

Astfel, deformarea ceramicii ceramice este o funcție combinată a câmpului electric extern:

Pentru câmpurile de cereale mici, pârghia dată poate fi prezentată în următoarea formă:

u = d* E+ α* E*E+…

unde d și α sunt module liniare și pătratice ai efectului piezoelectric.

Valorile tipice ale câmpului E, pentru care încep să apară efecte neliniare, se apropie de 100 V/mm. Prin urmare, pentru funcționarea corectă a elementelor de scanat, forțați câmpurile ceramice să fie vicorizate în zona de liniaritate a ceramicii (E< Е) .

microscop electronic cu sonda de scanare

3.3 Consolidarea ceramicii ceramice si histerezisul ceramicii ceramice

Un alt dezavantaj al ceramicii ceramice se numește fluaj - reacție întârziată la o modificare a valorii câmpului electric de control.

Fluxul este adus la punctul în care imaginile SPM au grijă să nu creeze modificări geometrice asociate cu acest efect. Fluxul este deosebit de puternic la ora în care scanerele sunt eliberate la un moment dat înainte de disparițiile locale și la etapele de început ale procesului de scanare. Pentru a modifica rata de fluare a ceramicii, sunt necesare ajustări de la timp la oră în anumite procese, care pot compensa adesea întârzierile scanerului.

Un alt dezavantaj al ceramicii ceramice este ambiguitatea direcției schimbării câmpului electric (histerezis).

Aceasta duce la punctul în care, chiar și la tensiuni foarte mari, ceramica ceramică apare în diferite puncte de-a lungul traiectoriei într-o poziție directă în direcția curgerii. Pentru a opri procesul de imagistică SPM, din cauza histerezii ceramicii ceramice, înregistrarea informațiilor la scanarea imaginilor este selectată pe unul dintre paturi.

4. Dispozitive pentru mișcarea de precizie a sondei și a imaginii

4.1 Cutii de viteze mecanice

Una dintre cele importante probleme tehniceÎn microscopia cu sonde de scanare, este nevoie de o mișcare precisă a sondei și de formarea spațiului de lucru al microscopului și de selectarea suprafeței adecvate. Pentru a completa această problemă, există diferite tipuri de dispozitive care permit mișcarea obiectelor cu mare precizie. A fost creată o gamă largă de cutii de viteze mecanice diferite, în care mișcarea brută a arborelui de ieșire este indicată de mișcarea fină a obiectului deplasat. Metodele de reducere a mișcării pot varia. Există o gamă largă de dispozitive importante în care reducerea cantității de deplasare se produce datorită diferenței de diferență dintre umerii celor importanți. Schema unei cutii de viteze importante este prezentată în Fig. 9.

Importanța mecanică permite ca reducerea deplasării să fie ajustată cu un coeficient

În acest fel, cu cât distanța dintre umărul L și umărul L este mai mare, atunci procesul de apropiere a sondei și a ochiului poate fi controlat mai precis.

De asemenea, modelele de microscoape folosesc pe scară largă cutii de viteze mecanice, în care reducerea mișcării este realizată prin diferența dintre coeficienții de rigiditate a două elemente elastice conectate succesiv (Fig. 1 0). Structura constă dintr-o bază rigidă, un arc și o grindă cu arc. Rigiditatea arcului k și a grinzii arcului sunt selectate în așa fel încât mintea să fie formată: k< K .

Coeficientul de reducere al coeficientului tradițional de rigiditate a elementului arc:

În acest fel, cu cât rigiditatea fasciculului este setată mai mult la rigiditatea arcului, atunci deplasarea elementului de lucru al microscopului poate fi controlată mai precis.

4.2 Motoare electrice

Motoarele electrice pentru sânge (SMO) sunt dispozitive electromecanice care convertesc impulsurile electrice în deplasări mecanice discrete. Un avantaj important al motoarelor electrice este că acestea asigură că poziția rotorului este aliniată fără ambiguitate cu impulsurile de intrare ale fluxului, astfel încât rotația rotorului este determinată de numărul de impulsuri care sunt controlate. În SHED, momentul care se rotește este creat de fluxurile magnetice, polii care se prăbușesc ai statorului și rotorului, care sunt în mod evident orientați unul după altul.

Cel mai simplu design este cel al motoarelor din magneți permanenți. Acestea provin din stator, care conține înfășurările, și din rotor, care conține magneți permanenți. În fig. Figura 11 prezintă un design simplificat al motorului electric.

Polii rotorului, care sunt trasi, au o formă rectilinie și sunt deplasați paralel cu axa motorului. Indicațiile pentru un motor mic includ 3 perechi de poli de rotor și 2 perechi de poli de stator. Motorul are 2 infasurari independente, fiecare fiind infasurata pe doi poli statori paraleli. Citirile motorului arată o valoare de 30 de grade. Când alimentarea este pornită, una dintre înfășurări, rotorul, nu va ocupa o astfel de poziție în care polii diferiți ai rotorului și ai statorului sunt opuși unul altuia. Pentru împachetarea neîntreruptă, este necesar să porniți înfășurările alternativ.

În practică, sunt construite motoare electrice, care alimentează structura pliabilă și oferă 100 până la 400 de motoare pe rotație a rotorului. Deoarece un astfel de motor funcționează în perechi cu conexiuni filetate, atunci cu o dimensiune a filetului de 0,1 mm, precizia poziționării obiectului este asigurată de ordinul a 0,25 - 1 microni. Pentru a crește precizia, sunt utilizate cutii de viteze mecanice suplimentare. Puterea controlului electric permite utilizarea eficientă a SHED sisteme automatizate apropierea sondei și imaginea microscoapelor cu sonde de scanare.

4.3 Unități de sânge

Este posibil să se asigure o bună izolare a dispozitivelor de vibrațiile externe, iar necesitatea funcționării microscoapelor cu sondă în spălări cu vid impune restricții serioase privind stagnarea dispozitivelor mecanice pentru deplasarea sondei și a imaginii. În legătură cu această extindere largă a microscoapelor cu sondă, au apărut dispozitive bazate pe convertoare piezoelectrice care permit terapie la distanță obiecte în mișcare.

Unul dintre modelele unui motor inerțial rotativ este prezentat în Fig. 12. Acest aparat Așezați baza (1), pe care este fixat tubul piezoelectric (2). Tubul poartă electrozi (3) pe suprafețele exterioare și interioare. Un arc despicat (4) este fixat la capătul tubului, care este un cilindru cu pelete adiacente. Arcul are instalat un trimach al obiectului (5) - strângeți cilindrul cu o suprafață lustruită. Obiectul care se mișcă poate fi fixat în spatele unui arc sau a unei piulițe, ceea ce permite dispozitivului să funcționeze în orice orientare din spațiu.

Aparatul funcționează ca de obicei. Pentru a muta trimachul obiectului în direcția axei Z către electrozii de tăiere, se aplică o tensiune de impuls în formă de ferăstrău (Fig. 13).

Pe partea frontală plată a tensiunii de tip ferăstrău, tubul este comprimat fără probleme sau comprimat în poziție datorită polarității tensiunii și, în final, împreună cu arcul și trimerul obiectului, este deplasat pe suport:

În momentul în care tensiunea asemănătoare ferăstrăului este eliberată, tubul se rotește în poziția de ieșire cu accelerații a, astfel încât să atingă valoarea maximă:

frecvența de rezonanță a tubului care se prăbușește târziu. Când Vikonanna Umovi F< ma (m – масса держателя объекта, F - сила трения между держателем объекта и разрезной пружиной), держатель объекта, в силу своей инерционности, проскальзывает относительно разрезной пружины. В результате держатель объекта перемещается на некоторый шаг К Δl относительно tabără de weekend. Coeficientul este determinat de greutatea pieselor structurale și de rigiditatea arcului despicat. La schimbarea polarității impulsurilor tensiunii care controlează, se face o modificare directă a direcției obiectului. În acest fel, prin aplicarea unei tensiuni asemănătoare unui ferăstrău de polaritate diferită la electrodul de tăiere, este posibil să se deplaseze obiectul în spațiu și să se efectueze în apropierea sondei și a imaginii într-un microscop cu sondă de scanare.

5. Protecția microscoapelor cu sondă de injecții externe

5.1 Protecție împotriva vibrațiilor

Pentru a proteja dispozitivele de vibrațiile externe, utilizați diferite tipuri de sisteme de izolare a vibrațiilor. Din punct de vedere intelectual, ele pot fi împărțite în pasive și active. Ideea principală din spatele sistemului pasiv de izolare a vibrațiilor este în viitor. Amplitudinea vibrațiilor perturbatoare ale sistemului mecanic scade rapid datorită diferenței crescute dintre frecvența forței de excitare și frecvența de rezonanță externă a sistemului (o caracteristică tipică amplitudine-frecvență (AFC) a sistemului colateral este prezentată în Fig. . 14).

Prin urmare, influxurile externe cu frecvențe > practic practic nu produc niciun influx semnificativ asupra sistemului covalent. Ozhe, yakshcho romstiti vimiruvalnu cap de sondă microscop pe platforma vіbro -ovyuchu submarinul o tijă piddvis (Fig. 15), apoi mergeți la cazul miroscopului, treceți lichenul colivanni cu frecvențe, aproape de frecvența de rezonanță a locului de desfășurare a sistem. Setați frecvența aerului capetelor SPM la 10 – 100 kHz, alegând frecvența de rezonanță a sistemului de izolare a vibrațiilor să fie scăzută (aproximativ 5 – 10 Hz), puteți proteja eficient dispozitivul de vibrațiile externe. Prin stingerea vibrației la frecvențe de rezonanță înalte ale sistemului de izolare a vibrațiilor se introduc elemente disipative cu frecare vâscoasă.

Astfel, pentru a asigura o protecție eficientă, este necesar ca frecvența de rezonanță a sistemului de izolare a vibrațiilor să fie cât mai scăzută. Este important să implementați practic chiar și frecvențele joase.

Pentru a proteja capetele SPM, este posibilă setarea cu succes sisteme active suprimarea vibrațiilor externe. Astfel de dispozitive au sisteme electromecanice cu cuplaj negativ, care asigură o poziție stabilă a platformei izolatoare de vibrații în spațiu (Fig. 16).

5.2 Protecție împotriva zgomotului acustic

Un alt factor este vibrația elementelor de proiectare ale microscoapelor cu sondă și zgomotul acustic de diferite naturi.

Particularitatea tranzitorilor acustici sunt acelea în care firele acustice curg imediat pe elementele structurale ale capetelor SPM, ceea ce face ca sonda să oscileze până când ajunge la suprafața probei. Pentru a proteja SPM de tranzitorii acustici, se folosesc o varietate de pungi de uscare, ceea ce permite reducerea semnificativă a nivelului tranzitorilor acustici în spațiul de lucru al microscopului. Cea mai eficientă protecție împotriva perturbărilor acustice este plasarea capului vibrator al microscopului cu sondă în apropierea camerei cu vid (Fig. 17).

5.3 Stabilizarea derivei termice a poziției sondei deasupra suprafeței

Una dintre problemele importante ale SPM este stabilizarea sondei deasupra suprafeței probei monitorizate. Principalul motiv pentru instabilitatea sondei este modificarea temperaturii mediului sau încălzirea elementelor de proiectare ale microscopului sondei în timpul orei de funcționare. Schimbările de temperatură a solidului duc la deformarea arcului termic. Astfel de deformații sunt adesea observate la microscoapele cu sondă. Pentru a modifica deriva termică, stabilizați controlul temperaturii capetelor vibratoare SPM sau introduceți elemente de compensare a temperaturii în designul capetelor. Ideea de termocompensare este comună în trecut. Indiferent de proiectarea SPM, este posibil să se furnizeze un set de elemente cu coeficienți de dilatare termică diferiți (Fig. 18(a)).

Pentru compensarea derivei termice, elemente de compensare sunt introduse în proiectarea capetelor vibratoare SPM, astfel încât să fie creați diferiți coeficienți de dilatare, astfel încât suma expansiunilor de temperatură la diferitele brațe ale structurii să fie egală cu zero:

ΔL = ∑ ΔL = ΔT ∑αl0

Cel mai bun într-un mod simplu O modificare a derivei termice a poziției sondei de-a lungul axei Z înseamnă introducerea în proiectarea SPM a unor elemente de compensare realizate din același material și cu aceleași dimensiuni caracteristice ca și elementele structurale principale (Fig. 18 (b)). La modificarea temperaturii acestui design, presiunea sondei în direcția Z va fi minimă. Pentru a stabiliza poziția sondei în planul X, Y, capetele vibrante ale microscoapelor sunt pregătite ca structuri simetrice axial.

6. Formarea și prelucrarea imaginii SPM

6.1 Procesul de scanare

Procesul de scanare a suprafeței într-un microscop cu sondă, care este scanat, este similar cu fluxul unui electron pe ecran în tubul de electroni al unui televizor. Sonda se prăbușește de-a lungul liniei (rândurilor) de-a lungul liniei drepte și apoi la linia dreaptă de întoarcere (rândul de rând), apoi se deplasează pe rândul de avansare (rândul de cadru) (Fig. 19). Sonda se deplasează în spatele scanerului în bucăți mici sub acțiunea unor tensiuni asemănătoare unui ferăstrău, care sunt formate de convertoare digital-analogice. Înregistrarea informațiilor despre relieful de suprafață se efectuează, de regulă, pe o trecere dreaptă.

Informațiile capturate cu ajutorul unui microscop cu scanare cu sondă sunt stocate într-un cadru SPM - o matrice bidimensională de numere întregi a (matrice). Locația fizică a acestor numere este determinată de aceeași valoare cu care a fost digitizată în timpul procesului de scanare. Valoarea pielii perechii de indici ij este indicată printr-un punct mic pe suprafața dintre câmpul de scanare. Coordonatele punctelor de suprafață sunt calculate prin simpla înmulțire a indicelui corespunzător cu distanța dintre punctele în care sunt înregistrate informații.

De regulă, cadrele SPM sunt matrici pătrate de dimensiunea 2 (mai ales elemente 256x256 și 512x512). Vizualizarea cadrelor SPM se realizează folosind grafică pe computer, în principal sub formă de imagini luminoase triviale (3D) și bidimensionale 2D. În randarea 3D, imaginea de suprafață va fi afișată într-o perspectivă axonometrică folosind pixeli sau linii. În plus, există diferite moduri de iluminare a pixelilor, care indică diferite înălțimi și topografie de suprafață. Cel mai bun într-un mod eficient Pictura 3D înfățișează modelarea creierului sub suprafață cu o linie punctată, răspândită în primul punct din spațiul de deasupra suprafeței (Fig. 20). În acest caz, devine posibil să vorbim despre denivelările la scară mică a reliefului. De asemenea, folosind procesarea computerizată și grafica, se realizează scalarea și împachetarea imaginilor 3D SPM. Când vizualizarea 2D a punctului suprafeței pielii este setată la aceeași culoare. Cele mai utilizate sunt paletele de gradient, în care umbrirea imaginii este variată de tonul culorii cântecului corespunzător înălțimii punctului de suprafață.

Vibranța locală a SPM este asociată cu înregistrarea depunerilor de cantități monitorizate în diverși parametri. De exemplu, în funcție de dimensiune strumă electrică prin contactul sondă-suprafață, tensiunea aplicată, puterea diferiților parametri, interacțiunea puterii dintre sondă și suprafață, suportul sondă-sondă etc. Informații date salvate sub formă de matrice vectoriale sau sub formă de matrice 2 x N. Pentru vizualizarea lor, un set este trecut la software-ul microscoapei specificații standard afișarea graficelor de funcții.

6.2 Metode de imagistică

Când se studiază puterea obiectelor folosind metode de microscopie cu sondă, care scanează, principalul rezultat al cercetării științifice este, de regulă, imagini triviale ale suprafeței acestor obiecte. Adecvarea interpretării imaginii depinde de calificările specialistului. În același timp, la procesarea unei imagini, se folosește un nivel scăzut de tehnici tradiționale, care trebuie cunoscute înainte de analiza imaginii. Microscopul cu sondă de scanare marchează momentul dezvoltării intensive a tehnologiei informatice. Prin urmare, între timp, voi înregistra imagini banale din noile metode digitale Vikoristan de salvare a informațiilor, dezvoltate pentru computere. Acest lucru a dus la dificultăți semnificative în analiza acestei probe de imagine, dar a fost necesar să se sacrifice pensula fotografică metodelor de microscopie electronică. Informațiile capturate cu ajutorul unui microscop cu sondă sunt reprezentate în computer ca o matrice bidimensională de numere întregi. Numărul pielii din această matrice depinde de modul de scanare, poate fi valorile fluxului de tunel, valorile isteriei sau valorile mai multor funcții de pliere. Dacă arătăm această matrice oamenilor, atunci nu putem elimina același fenomen de legătură cu suprafața trasată. Ei bine, prima problemă este să transformi numerele într-unul vizual ușor de înțeles. Să lupți așa. Numerele din matricea de ieșire se află în intervalul de valori minime și maxime. Ce interval de numere întregi este atribuit paletei de culori. În acest fel, valoarea pielii a matricei este afișată în punctul de culoare de pe imaginea dreptunghiulară. O serie de locuri, în care există semnificații semnificative, devin coordonatele unui punct. Ca rezultat, obținem o imagine în care, de exemplu, înălțimea suprafeței este transmisă prin culoare - ca o hartă geografică. Probabil că pe hartă există zeci de culori, dar în poza noastră sunt sute și mii. Pentru ușurința identificării, punctele care sunt apropiate ca înălțime ar trebui să fie transmise în culori similare. Poate părea, și acesta este de obicei cazul, că intervalul de valori de ieșire este mai mare decât numărul de culori posibile. În acest caz, există o pierdere de informații, iar creșterea numărului de culori nu este o ieșire din această situație, lăsând posibilitatea ca ochiul uman să se limiteze. Este necesară prelucrarea suplimentară a informațiilor, iar prelucrarea poate varia în funcție de comandă. Cine trebuie să vadă întreaga imagine în detaliu, dar cine vrea să se uite la detalii. În acest scop se folosesc metode diferite.

6.3 Revelația unui nakhil staționar

Imaginile suprafeței, luate cu ajutorul microscoapelor cu sondă, încep să apară ca un câmp întunecat. Acest lucru se poate datora mai multor motive. În primul rând, deteriorarea poate rezulta din instalarea incorectă a sondei; În caz contrar, poate exista o legătură cu deviația de temperatură, care poate duce la deplasarea sondei în punct de vedere; în al treilea rând, piezoscannerul se poate mișca din cauza neliniarității. Se irosește mult efort pe imaginea din cadrul SPM, astfel încât alte detalii ale imaginii să nu fie vizibile. Pentru a elimina acest defect, se efectuează o operație de îndepărtare a plăgii permanente. Pentru care, în prima etapă, aria aproximativă se găsește prin metoda celor mai mici pătrate

P(x,y), care are un impact minim asupra reliefului suprafeței Z = f(x,y), atunci aria dată este luată din imaginea ZZM. Va fi complet anulat în diverse feluri cu grijă în fața naturii.

Dacă imaginea SPM a fost îndepărtată din imaginea imaginii sondei, atunci este necesar să rotiți complet zona spre colț, ceea ce indică zona dintre normala zonei și întregul Z; la care coordonatele suprafeței Z = f(x, y) sunt recreate în funcție de rotația spațială. Cu toate acestea, când aceasta este recreată Este posibil să desenați imaginea suprafeței ca o funcție bogată Z = f(x,y). Dacă deriva termică a afectat înțelegerea, atunci procedura poate fi redusă la identificarea lui Z – coordonatele planului Z – coordonatele imaginii SPM:

Rezultatul este o matrice cu o gamă mai mică de valori, iar alte detalii ale imaginii sunt afișate într-un număr mare de culori, devenind mai proeminente.

6.4 Depanarea problemelor legate de imperfecțiunile scanerului

Imperfecțiunea puterii scanerului duce la faptul că imaginile SPM sunt supuse unor condiții specifice scăzute. Adesea, imperfecțiunile scanerului, cum ar fi neregulile în mișcarea înainte și înapoi a scanerului (histereză), criptomonede și neliniaritatea ceramicii ceramice, sunt compensate de hardware și de alegerea modurilor optime de scanare. Cu toate acestea, indiferent de acest lucru, imaginea ZZM este o concepție greșită, ceea ce este important de pus la nivel hardware. În imagine, fragmente ale scanerului în planul imaginii infuzează poziția sondei deasupra suprafeței, imaginile SPM sunt o suprapunere a reliefului real și a suprafeței reale de o ordine diferită (și adesea mai mare).

Pentru a rezolva acest tip de problemă folosind metoda celor mai mici pătrate, găsim o suprafață aproximativă de ordin diferit P(x,y), care are un efect minim asupra funcției de ieșire Z = f(x,y), și apoi această suprafață. este derivat din ele O imagine SPM:

Un alt tip de interacțiune cu non-liniaritate și non-ortogonalitate este mișcarea scanerului în planul X, Y. Aceasta este pentru a obține aceleași proporții geometrice în diferite părți ale suprafeței imaginii SPM. Pentru a elimina astfel de probleme, urmați procedura de corecție SPM folosind un fișier suplimentar de coeficienți de corecție, care este creat atunci când structurile de testare sunt scanate cu un scaner specific într-un relief binecunoscut.

Filtrarea imaginii 6,5 SPM

Zgomotul echipamentului (în principal zgomotul amplificatoarelor de intrare foarte sensibile), instabilitatea contactului sondă-expunere în timpul scanării, zgomotul acustic extern și vibrațiile duc la faptul că imaginea SPM este în ordine cu informațiile de bază în care mă aflu. depozitul de zgomot. Zgomotul parțial al imaginii SPM poate fi eliminat prin software.

6.6 Filtrarea mediană

Filtrarea mediană oferă rezultate bune la detectarea erorilor tranzitorii de înaltă frecvență în cadrele EPM. Aceasta este o metodă neliniară de procesare, a cărei esență poate fi explicată după cum urmează. Selectați fereastra de filtru de lucru, care constă din nxn puncte (pentru semnificație, luați o fereastră de 3 x 3 pentru a plasa 9 puncte (Fig. 24)).

În timpul procesului de filtrare, fereastra se mișcă în jurul cadrului de la un punct la altul și procedura se termină. Valorile amplitudinii imaginii SPM în punctele acestei ferestre sunt calculate în funcție de scară, iar valorile care stau în centrul rândului sortat sunt introduse în punctul central al ferestrei. Apoi punctul selectat este întotdeauna selectat, iar procedura de sortare se repetă. Astfel, abandonurile mari și eșecurile cu o astfel de sortare apar întotdeauna la marginea matricei care este sortată și nu dispar din imaginea filtrată. Cu acest tip de tăiere a marginilor, cadrul este îndepărtat de zonele nefiltrate care apar la sfârșitul imaginii.

6.7 Metode de actualizare a suprafeței folosind imagini SPM

Unul dintre dezavantajele comune tuturor metodelor de microscopie cu sonde de scanare este dimensiunea finală a părții de lucru a sondelor care sunt analizate. Aceasta este pentru a obține o îmbunătățire semnificativă a rezoluției spațiale a microscoapelor și diferențe semnificative în imaginile SPM la scanarea unei suprafețe cu relief neuniform, aliniată cu dimensiunile caracteristice ale părții de lucru a sondei.

De fapt, imaginea SPM este captată de „gâtul” sondei și de suprafața monitorizată. Procesul de „configurare” a formei sondei cu un relief de suprafață este ilustrat într-o vedere unidimensională în Fig. 25.

Această problemă poate fi adesea rezolvată prin metoda imagistică SPM, care se bazează pe prelucrarea computerizată a datelor SPM cu privire la forma specifică a sondelor. Cea mai eficientă metodă de reînnoire a suprafeței este metoda deconvoluției numerice, care este o formă vicoristică a sondei, obținută experimental prin scanarea structurilor de testare (cu un relief de suprafață binecunoscut) structurilor.

Este important de reținut că suprafața externă a imaginii poate fi realizată numai prin combinarea a două minți: în timpul procesului de scanare, sonda atinge toate punctele de pe suprafață și, în același timp, sonda atinge doar un punct de pe suprafață. . Dacă sonda în timpul procesului de scanare nu poate ajunge la mai multe secțiuni ale suprafeței (de exemplu, dacă secțiunile reliefului sunt expuse la surplus), atunci relieful va fi actualizat mai rar. Mai mult, cu cât sonda este utilizată pentru scanare mai multe puncte de pe suprafață, cu atât suprafața poate fi reconstruită mai fiabil.

În practică, imagistica SPM și a determinat experimental forma sondei cu rețele bidimensionale de valori discrete, pentru care valoarea similară și slab determinată. Prin urmare, în loc să se calculeze funcții discrete similare în practică, cu deconvoluția numerică a SPM, este posibil să se vizualizeze distanța minimă dintre sondă și suprafață atunci când se scanează de la înălțimea medie medie.

La ce înălțime față de relieful suprafeței în acest punct poate fi luată distanța minimă dintre punctul sondei și punctul de referință al suprafeței pentru această poziție a sondei pe suprafață. În spatele muncii tale fizice Qia Umova Echivalent cu încrederea celorlalți, proteonul vă permite să căutați punctul de contact al sondei cu suprafața folosind o metodă adecvată, ceea ce grăbește foarte mult timpul de reconstrucție a reliefului.

Pentru calibrarea și determinarea formei părții de lucru a sondelor, se folosesc structuri speciale de testare cu parametri cunoscuți ai topografiei suprafeței. Vederi ale celor mai largi structuri de testare și imaginile lor caracteristice, luate cu ajutorul unui microscop cu forță atomică, sunt prezentate în Fig. 26 și fig. 27.

Grila de calibrare sub formă de vârfuri ascuțite vă permite să definiți corect vârful sondei, în timp ce bavurile tăiate drepte ajută la reînnoirea formei suprafeței capului. Rezultatele combinate ale scanării acestor rețele pot remodela complet partea de lucru a sondelor.

7. Suchasni SPM

1) Microscop cu sondă de scanare SM-300

Scopuri pentru modificarea caracteristicilor morfologice și a structurii spațiilor poroase. SM-300 (Fig. 28) oferă un microscop de poziționare optic, care elimină necesitatea de a căuta zona de interes. Imaginea optică color a probei este afișată cu ușoare îmbunătățiri pe monitorul computerului. Intersecția pe imaginea optică indică poziția schimbului de electroni. Pe baza intersecției, puteți crea o verificare a poziționării pentru a defini zona care este de interes pentru analiza raster

Mic 28. Microscop electronic SPM SM-300. Unitatea de poziționare optică este conectată la un computer, ceea ce îi asigură independența hardware față de microscopul care scanează.

CAPACITATE SM - 300

· Producție separată garantată 4 nm

· Microscop unic de poziționare optică (suplimentar)

· Înțeles intuitiv software de securitate Windows®

· Control complet computerizat al microscopului raster și al imagistică de zi cu zi

· Difuzare TV standard cu întrerupere semnal digital

· Sistem computerizat de vid redus (opțional)

· Toate urmele care se potrivesc pe o singură poziție a axei aplicației (12 mm)

· Microanaliza elementară cu raze X în modurile de vid mic și înalt (suplimentar)

· Puterea muncii în mintea iluminatului normal al încăperii

· Urmărirea semnalelor neconductoare fără pregătirea lor prealabilă

· Separare de 5,5 nm în modul vid redus

· Control programabil al comutării modului

· Interval selectabil de vid în cameră 1,3 - 260 Pa

· Afișarea imaginilor pe ecranul unui monitor de computer

· Senzor Robinson secvenţial V-înapoi

2) Microscop cu sondă de scanare cu divizare mare Supra50VP cu sistem de microanaliza INCA Energy+Oxford.

Anexa (Fig. 29) este destinată efectuării cercetărilor în toate domeniile științei materialelor, în domeniul nanotehnologiei și biotehnologiei. Dispozitivul vă permite să procesați mostre de dimensiuni mari, în plus, acceptă modul robotizat în mintea unei menghine de măcinat pentru a urmări probe neconductoare fără pregătire. Mic 29. SPM Supra50VP

PARAMETRI:

Tensiune de pretensionare 100 V – 30 kV (catod de câmp)

Max. crește la x 900000

Separare deasupra capului – până la 1 nm (la 20 kV)

Mod de vid cu presiune variabilă de la 2 la 133 Pa

Tensiune acută – de la 0,1 la 30 kV

Masa motorizata cu cinci trepte de libertate

Detector EDX separat 129 eV pe linia Ka(Mn), viteză de până la 100.000 imp/s

3) Microscop modernizat LEO SUPRA 25 cu coloană „GEMINI” și emițător de câmp (Fig. 30).

– Împărțit pentru cercetare în nanoanaliza Galusi

– Poate conecta atât sisteme EDX, cât și WDX pentru microanaliza

- Construcție separată 1,5 nm la 20 kV, 2 nm la 1 kV.

Visnovok

De-a lungul anilor, microscopia cu sonde ne-a permis să obținem rezultate științifice unice în diferite domenii ale fizicii, chimiei și biologiei.

În timp ce primele microscoape cu sondă de scanare au fost dispozitive indicator pentru investigații clare, actualul microscop cu sondă de scanare este un dispozitiv care integrează până la 50 de tehnici de investigare diferite. Puteți crea sarcini de deplasare în sistemul sondă-sondă cu o precizie de până la 0,1%, puteți defini factorul de formă a sondei, puteți efectua măsurători de precizie și puteți obține dimensiuni mari (până la 200 µm în zona de scanare și 15 – 20 µm pe sutime). ) și, prin care, se asigură doza submoleculară.

Microscoapele cu sondă de scanare au devenit una dintre cele mai căutate clase de echipamente de cercetare științifică de pe piața luminii. Sunt create în mod constant noi modele de corpuri de iluminat, specializate în diverse completări.

Dezvoltarea dinamică a nanotehnologiei va necesita extinderea în continuare a capacităţilor tehnologiei anterioare. Companii de înaltă tehnologie din întreaga lume lucrează la dezvoltarea de nanocomplexuri de pre-cercetare și tehnologice, care este combinată cu un grup de metode analitice, cum ar fi: spectroscopie de trandafiri combinați Yuvannaya lumina, spectroscopie de luminiscență, spectroscopie cu raze X pentru elementare. analiză, metode optice cu microfasci. Sistemele dobândesc capacități intelectuale intense: capacitatea de a recunoaște și clasifica imagini, de a vedea contrastele necesare, câștigă capacitatea de a modela rezultate, iar efortul de calcul este furnizat supercalculatoarelor.

Tehnologia care este fragmentată poate avea potențial, dar în cele din urmă va submina rezultatele științifice. Extinderea capacităților acestei tehnologii în sine pe baza unor sarcini de un nivel ridicat de complexitate, care necesită pregătirea fahivilor de înaltă clasă, care pot utiliza eficient aceste dispozitive și sisteme.

Lista de referinte

1. Nevolin V.K. Fundamentals of tunnel-probe technology / V.K. Nevolin, - M.: Nauka, 1996, - 91 p.

2. Kulakov Yu. A. Microscopia electronică / Yu. A. Kulakov, - M.: Zannanya, 1981, - 64 p.

3. Volodin A.P. Microscopie cu scanare / A. P. Volodin, - M.: Nauka, 1998, - 114 p.

4. Microscopia cu sonda de scanare a biopolimerilor / Editat de I. V. Yaminsky, - M.: Naukoviy Svit, 1997, - 86 p.

5. Mironov U. Fundamentals of scanning probe microscopy / U. Mironov, – M.: Tekhnosphere, 2004, – 143 p.

6. Rikov S. A. Microscopie cu sondă de scanare a materialelor conductoare / S. A. Rikov, - Sankt Petersburg: Nauka, 2001, - 53 p.

7. Bikov V. A., Lazarev M. I. Microscopie cu sondă de scanare pentru știință și industrie / V. A. Bikov, M. I. Lazarev // Electronică: știință, tehnologie, afaceri, – 1997, – Nr. 5, – p. 7 – 14.

7. Suspendarea unui microscop cu sondă de scanare pentru investigarea obiectelor biologice

7. Suspendarea unui microscop cu sondă de scanare pentru observarea obiectelor biologice.

7.1. Obiectivele robotului 2

7.2. Informații pentru fila 3

7.4. Adăugări metodice 31

7.5. Echipament de siguranță 32

7.6. Zavdannya 32

7.7. Controlul alimentației 32

7.8. Literatura 32

Lucrarea de laborator a fost dezvoltată de Universitatea de Stat din Nizhny Novgorod, numită după. N.I. Lobaciovski

7.1.Obiectivele robotului

Studiul parametrilor morfologici ai structurilor biologice este o sarcină importantă pentru biologi, deoarece dimensiunea și forma acestor structuri indică în mare măsură puterile lor fiziologice. Comparând datele morfologice cu caracteristicile funcționale, se pot obține informații valoroase despre rolul celulelor vii în menținerea echilibrului fiziologic al corpului uman sau animal.

Anterior, biologii și medicii erau rareori capabili să-și analizeze preparatele folosind microscoape optice și electronice. Aceste investigații au oferit o imagine clară a morfologiei celulelor, acoperiri metalice fixe, ghimpate și subțiri, tăiate cu o cale de tăiere. Era imposibil de urmărit morfologia obiectelor vii și modificările acestora sub afluxul diferiților oficiali, dar ar fi fost și mai dificil.

Microscopia cu sondă de scanare (SPM) a dezvăluit noi posibilități în celulele, bacteriile, moleculele biologice și ADN-ul studiate în mintea cât mai aproape de cele native. SPM face posibilă monitorizarea obiectelor biologice fără fixatori speciali sau barvnikov, în aer liber sau în prezența unor medii rare.

În prezent, SPM este utilizat într-o mare varietate de discipline, atât în ​​cercetarea științifică fundamentală, cât și în dezvoltările aplicate de înaltă tehnologie. Multe institute științifice și avansate din regiune sunt echipate cu echipamente de microscopie cu sondă. În legătură cu aceasta, cererea de specialiști de înaltă clasă crește constant. Pentru satisfacția companiei NT-MDT (Zelenograd, Rusia) a dezvoltat un laborator științific primar specializat de microscopie cu sonde de scanare. Nanoeducator.

SPM NanoEducator Special conceput pentru lucrările de laborator ale studenților. Această abordare se adresează publicului studențesc: este controlat în întregime de la un alt computer, are o interfață simplă și de bază, suport pentru animație, transferă pas cu pas tehnici stăpânite, o varietate de ajustări complexe și cheltuieli ieftine fără materiale.

În acest robot de laborator veți învăța despre microscopia cu sonde de scanare, veți cunoaște elementele de bază ale acesteia, veți înțelege proiectarea și principiile de funcționare ale SPM NanoEducator, învățați să pregătiți preparate biologice pentru supraveghere, luați primele imagini SPM ale unui complex de bacterii lactice și aflați elementele de bază ale procesării și raportării rezultatelor vimirvaniei.

7.2.Informații pentru statul de plată 1

Lucrările de laborator constă în mai multe etape:

1. Pregătirea probei este decisă de fiecare elev în mod individual.

2. Prima imagine este îndepărtată de pe un dispozitiv sub controlul afișajului, iar apoi studentul își urmărește imaginea în mod independent.

3. Prelucrarea datelor experimentale de către fiecare elev trebuie făcută individual.

Mut pentru investigare: bacterii lactice de pe suprafața sticlei.

Înainte de a începe lucrul, este necesar să selectați o sondă cu cel mai caracteristic răspuns amplitudine-frecvență (același maxim simetric) și să faceți o imagine a suprafeței probei care este monitorizată.

Robotul de laborator este responsabil să includă:

1. partea teoretică (videoclipuri despre dieta de control).

2. rezultatele părții experimentale (descrierea investigațiilor efectuate, abstractizarea rezultatelor și dezvoltarea constatărilor).

1. Metode de urmărire a morfologiei obiectelor biologice.

2. Microscop cu sondă de scanare:

proiectare SPM;

Tipuri de SPM: STM, AFM;

format de date SPM; Vizualizarea datelor SPM.

3. Pregătirea probelor pentru urmărirea SPM:

morfologia și structura celulelor bacteriene;

pregătirea preparatelor pentru dezvoltarea morfologiei din stagnarea SPM.

4. Familiarizarea cu programul de proiectare și control al NanoEducator SPM.

5. Decuparea imaginii SPM.

6. Prelucrarea și analiza imaginilor capturate. Kilkisna caracterizată prin imagine SPM.

Metode de studiere a morfologiei obiectelor biologice

Diametrul caracteristic al celulelor este de 1020 microni, bacteriile de la 0,5 la 35 microni, aceste valori sunt de 5 ori mai mici majoritatea părților, vizibil cu ochiul liber. Prin urmare, primul diagnostic al celulelor a devenit posibil abia după apariția microscoapelor optice. De exemplu, secolul al XVII-lea. Antonio van Leeuwenhoek a produs primul microscop optic, până la care oamenii nu bănuiau existența microbilor și bacteriilor patogeni [Lit. 7-1].

Microscopia optică

Dificultățile în tratarea celulelor sunt asociate cu faptul că duhoarea spațiilor libere și deschise se datorează faptului că refacerea structurilor lor de bază a fost posibilă numai după introducerea în practică a boabelor de hambar. Barvniki a asigurat un contrast suficient al imaginii. Folosind un microscop optic, obiectele pot fi separate, separate unele de altele cu 0,2 µm, apoi. Cele mai mici obiecte care pot fi separate într-un microscop optic sunt bacteriile și mitocondriile. Imaginile altor elemente ale celulelor sunt create de efectele inspirate de natura chilosă a luminii.

Pentru a prepara preparate care pot fi păstrate timp îndelungat, celulele sunt tratate cu un agent de fixare pentru a le imobiliza și conserva. Pe de altă parte, fixarea crește disponibilitatea celulelor la viermi de hambar, deoarece Macromoleculele Clint sunt ținute împreună prin legături încrucișate, care le stabilizează și le asigură în poziția lor inițială. Cel mai adesea, aldehidele și alcoolii acționează ca fixatori (de exemplu, glutaraldehida sau formaldehida formează legături covalente cu grupări amino libere de proteine ​​și molecule lichide reticulate). După fixarea țesutului, asigurați-vă că tăiați țesutul în secțiuni foarte subțiri (de 1 până la 10 µm grosime), care sunt apoi plasate pe o lamă. Cu această metodă de preparare, structura celulelor sau macromoleculelor poate fi deteriorată; cea mai importantă metodă este congelarea. Tăiați țesut congelat cu un microtom plasat într-o cameră rece. După ce ați pregătit feliile de varză, pregătiți-le. În principal în acest scop, se folosesc gălbenele organice (verzi de malachit, sudan negru etc.). Pielea din ele se caracterizează prin sporiditatea sa față de componentele celulare, de exemplu, hematoxilina are o sporiditate cu molecule încărcate negativ, ceea ce permite detectarea ADN-ului în celule. Deoarece această moleculă este prezentă în celulă într-o cantitate nesemnificativă, cel mai bine este să utilizați microscopia cu fluorescență.

Microscopia cu fluorescență

Boabele fluorescente se estompează ușor într-o viță de vie și lasă loc luminii în alte vițe de vie mai mari. Dacă un astfel de discurs este spălat cu lumină, atunci se evită ultimul bit de lumină, care este acoperit cu hambar, iar apoi pentru analiză, folosiți un filtru care trece lumina cu ultimul bit de lumină. Și, care corespunde cu lumina care este produsă de hampaș, molecula fluorescentă poate fi detectată de lumina pe un câmp întunecat. Intensitatea ridicată a luminii care este produsă este o trăsătură caracteristică a unor astfel de molecule. Un astfel de microscop este similar cu un microscop optic de bază, dar lumina din lumină este trecută prin două seturi de filtre - unul pentru filtrarea luminii produse înaintea imaginii și celălalt pentru filtrarea luminii îndepărtate din imaginea zrazka. Primul filtru este conceput în așa fel încât să lase să treacă doar lumina secolului trecut, astfel încât să trezească hampacul fluorescent cântător; În același timp, un alt filtru blochează lumina care căde și lasă lumina să intre până când este detectată fluorescența.

Microscopia cu fluorescență este adesea folosită pentru a identifica proteine ​​specifice sau alte molecule care devin fluorescente după ce sunt legate covalent de molecule fluorescente. În acest scop, chemați doi barvnik la vikorist - fluoresceina, care dă o fluorescență galben-verzuie intensă când este trezită de o lumină albastră deschisă și rodamină, care produce fluorescență roșu închis după ce a fost trezită de lumina galben-verde. Folosind agenți de stază pentru preparare și fluoresceină și rodamină, este posibil să se izoleze o varietate de molecule diferite.

Microscopia cu peliculă întunecată

Cel mai simplu mod de a vedea detaliile structurii celulei este de a folosi lumina pentru a evidenția diferitele componente ale celulei. Într-un microscop cu câmp întunecat, iluminatorul este direcționat din lateral și doar lumina împrăștiată este iluminată în lentila microscopului. Aparent, celula arată ca un obiect luminat pe un câmp întunecat. Unul dintre principalele avantaje ale microscopiei în câmp întunecat este capacitatea de a preveni distrugerea celulelor în timpul procesului de migrare. De regulă, ruinele politice sunt descoperite destul de repede și sunt greu de evitat în timp real. În acest caz, puteți utiliza micro-cinema sau înregistrare video time-lapse (time-lapse). Ultimele cadre, când sunt separate într-o oră, sau când sunt create cu viteză normală, imaginea scenelor reale se va accelera.

U Pe lângă stâncile rămase Camerele video și tehnologiile avansate de procesare a imaginii au crescut semnificativ capacitățile microscopiei optice. În cele din urmă, această stagnare a fost depășită de dificultăți datorate particularităților fiziologiei umane. Mirosurile celui care:

1. Ochiul celor mai avansate minți nu înregistrează nici cea mai slabă lumină.

2. Ochiul nu poate înregistra mici diferențe de intensitate a luminii pe o afidă strălucitoare.

Prima problemă cu aceste probleme a fost rezolvată după adăugarea unor camere video de înaltă sensibilitate la microscop. Acest lucru a făcut posibilă protejarea pielii timp de trei ore la niveluri scăzute de lumină, inclusiv un aflux trivial de lumină puternică. Sistemele de procesare a imaginilor sunt deosebit de importante pentru utilizarea moleculelor fluorescente în celulele vii. Fragmente de imagine sunt create de o cameră video sub formă semnale electronice, care, evident, pot fi convertite în semnale numerice, trimise către un computer și apoi supuse unor procesări suplimentare pentru extragerea informațiilor primite.

Contrastul ridicat, realizabil cu microscopia de interferență asistată de computer, face posibilă detectarea obiectelor și mai mici, cum ar fi microtubuli, al căror diametru este mai mic de o zecime dintr-o zi.xvili light (0,025 µm). Marginile microtubulilor pot fi examinate folosind microscopie cu fluorescență suplimentară. Cu toate acestea, în ambele cazuri există efecte de difracție inevitabile care modifică foarte mult imaginile. Se determină diametrul microtubulilor (0,2 µm), ceea ce nu permite tăierea marginilor microtubulilor într-un mănunchi de mai mulți microtubuli. În acest scop, este necesar un microscop electronic, care este plasat cu mult dincolo de limitele luminii vizibile.

Microscopia electronică

Interacțiunile dintre cele două și dintre permisiuni sunt salvate pentru electronice. Cu toate acestea, pentru un microscop electronic, rezoluția este foarte scăzută datorită diferenței de difracție. Cantitatea de energie a electronului se modifică datorită creșterii fluidității acestuia. Într-un microscop electronic cu o tensiune de 100.000, tensiunea electronică ajunge la 0,004 nm. În conformitate cu teoria, distanța de separare a unui astfel de microscop variază de la 0,002 nm. Cu toate acestea, în realitate, datorită valorii mici a deschiderilor numerice ale lentilelor electronice, microscoapele electronice actuale au permis ca deschiderea să fie de 0,1 nm. Este dificil să pregătiți un zrace, yogo pushzhennya vipromіnyuvannyam vuttnovo la Normalnnu Rozdilnu, un iac pentru ca bioologul Op'Kktvs să devină 2 nm (aproximativ în 100 Vishav, NIZH la Miroscopul Svitlovoy).

Dzherel elektroniv transmite un microscop electronic (EM) Acesta este un fir catodic, întins în partea de sus a coloanei cilindrice a buclei la aproximativ doi metri. Pentru a preveni dispersarea electronilor atunci când aceștia interacționează cu moleculele de aer, se creează un vid la coloană. Electronii care sunt eliberați de filamentul catodic sunt accelerați de cel mai apropiat anod și pătrund prin deschiderea critică, formând o trecere de electroni care trece în partea de jos a coloanei. Instalarea unei colonii pe suprafața cântând conține magneți inel care focalizează fasciculul de electroni, similar lentilelor de sticlă care concentrează fasciculul de lumină într-un microscop optic. Proba este plasată prin sacul de aer din mijlocul coloanei pe traseul fasciculului de electroni. Unii dintre electroni în momentul trecerii prin sticlă se disipă, similar cu puterea vorbirii din această secțiune, electronii în exces sunt focalizați și formează o imagine (asemănătoare cu formarea unei imagini într-un microscop optic) pe o imagine fotografică. placa sau pe ecran fosforescent.

Unul dintre cele mai mari dezavantaje ale microscopiei electronice este că probele biologice necesită o prelucrare specială. Mai întâi, fixați tulpina cu glutaraldehidă, apoi cu acid osmic, care leagă și stabilizează bila suspendată de lipide și proteine. În caz contrar, electronii produc proprietăți de pătrundere scăzută, care trebuie să lucreze prin straturi subțiri, iar în acest scop devin apoase și curg rășini. În al treilea rând, pentru a spori înflorirea, particulele sunt stropite cu săruri ale metalelor importante, cum ar fi osmiul, uraniul și plumbul.

Pentru a elimina imaginea banală a suprafeței, trebuie să utilizați microscop electronic cu scanare (SEM), sunt detectați electroni, care se risipesc sau proliferează pe suprafața sticlei. Zrazok la acest tip fixați, uscați și acoperiți cu o stropire subțire de metal important, apoi scanați cu un fascicul îngust de electroni. În acest caz, se estimează numărul de electroni care sunt eliberați atunci când suprafața este zdrobită. Următoarele valori sunt selectate pentru a controla intensitatea celuilalt schimb, care se prăbușește simultan cu primul și formează imagini pe ecranul monitorului. A permis metodei să fie aproape de 10 nm și nu stagnează pentru implantarea organelor celulare interne. Numărul de electroni care sunt măsurați prin această metodă este determinat de producția penetrantă de electroni sau de energia lor.

Principalele și esențiale dezavantaje ale tuturor acestor metode sunt trivialitatea, complexitatea și mare varietate pregătind felul de mâncare.

Microscopie cu sonda de scanare

Într-un microscop cu sondă de scanare (SPM), în loc de schimb electronic sau schimb optic, se folosește o sondă ascuțită, un cap, care scanează suprafața imaginii. Figurat vorbind, putem spune că atunci când un microscop optic sau electronic se uită în jur, SPM se murdărește. Ca rezultat, este posibil să se obțină imagini tridimensionale ale obiectelor în diferite medii: vid, vânt, lichid.

Design-urile speciale ale SPM, adaptate pentru cercetarea biologică, permit scanarea timp de o oră a celulelor vii în diverse medii rare, precum și preparate fixe la suprafață, în condiții optice.

Microscop cu sondă de scanare

Denumirea microscopului cu sondă de scanare reflectă principiul funcționării acestuia - scanarea suprafeței probei, ceea ce duce la etapa de flux de interacțiune între sondă și suprafață. Mărimea zonei de scanare și numărul de puncte N X N Y pot fi setate. Cu cât punctul este specificat mai mare, cu atât este mai mare separarea imaginilor de suprafață. Poziția dintre punctele de citire a semnalului se numește margine de scanare. Suprafața scanată este de vină pentru detaliile mai mici de pe suprafață care sunt răsucite. Sonda sondei în procesul de scanare (div. Mal. 7 -1) este ca un lilainly la momentul potrivit (la dreapta scananului Shvidsky), sprijinit pe avansul lui LININIY SLISHNISH în perpendiculară. intensitate (la intensitatea scanării fuziunii).

Mic 7 1. Ilustrare schematică a procesului de scanare
(semnalul este citit în timpul cursei înainte a scanerului)

În funcție de natura semnalului citit, microscoapele de scanare au diferite scopuri:

microscop cu forță atomică (AFM), care citește forțele interacțiunilor interatomice dintre atomii sondei și atomii probei;

microscop tunel (STM), citește fluxul de tunel care curge între țesutul conductor și sonda care urmează să fie efectuată;

microscop cu forță magnetică (MFM), care măsoară forțele de interacțiune dintre sonda acoperită cu material magnetic și imagine, care dezvăluie puterea magnetică;

Un microscop cu forță electrostatică (ESM) vă permite să obțineți o imagine a distribuției potențialului electric al suprafeței imaginii. Sondele, vârful oricăror acoperiri, sunt vicorizate cu o turnare subțire (aur sau platină).

Design SPM

SPM constă din următoarele componente principale (Fig. 7-2): o sondă, unități piezoelectrice pentru deplasarea sondei X, Y, Z pe suprafața imaginii urmărite, un guler și un computer pentru controlul procesului de scanare și captarea imaginii.

Figura 7 2. Schema unui microscop cu sondă de scanare

Senzor sonda - Componentă a unui microscop cu sondă de putere care scanează specimenul. Senzorul sondei este plasat cu un cantilever (consola cu arc) de tipuri rectilinie (I-like) sau tricutanate (Small 7 -3), la capătul căruia se află o sondă ascuțită (Small 7 -3) , care poate forma un con sau o formă piramidală . Celălalt capăt al cantileverului se lipește de căptușeală (așa-numitul cip). Senzorii cu sondă sunt fabricați din siliciu sau nitrură de siliciu. Caracteristica principală a consolei este constanta de forță (constanta de duritate), care variază de la 0,01 N/m la 1020 N/m. Pentru monitorizarea obiectelor biologice, se folosesc sonde „moale” cu o duritate de 0,01  0,06 N/m.

Mic 7 3. Imagini ale senzorilor cu sondă AFM piramidală
Folosind un microscop electronic:
a – tip I, b – tip V, c – piramidă pe vârful consolei

Acționări pezoelectrice sau scanere - pentru mișcarea controlată a sondei peste ochi sau a ochiului în sine, sau a sondei la distanțe mici. În acționările piezoelectrice se folosesc materiale piezoceramice, care își schimbă dimensiunile atunci când li se adaugă tensiune electrică. Procesul de modificare a parametrilor geometrici sub infuzia unui câmp electric se numește efect piezoelectric invers. Cel mai expandat material plastic este titanatul de zirconat de plumb.

Scannerul este un design poros-ceramic care asigură mișcări în trei coordonate: x, y (în planul lateral al ochiului) și z (vertical). Există o serie de tipuri de scanere, cea mai largă fiind piesele de trepied și tub (Fig. 7-4).

Mic 7 4. Design scaner: a) – trepied; b) – piese de conducte

Într-un scaner cu trepied, deplasarea cu trei coordonate asigură crearea unei structuri ortogonale prin trei tije ceramice-ceramice independente.

Într-un scaner cu tub gol, tubul piezoelectric se îndoaie în planurile XZ și ZY și este comprimat sau comprimat de-a lungul axei Z atunci când electrozilor li se aplică tensiune conductivă, ceea ce asigură deplasarea tubului. Electrozii pentru controlul brațului în planul XY sunt rotiți pe suprafața exterioară a tubului; pentru a controla mișcările lui Z pe X și Y, electrozilor sunt furnizate tensiuni egale.

Lanzyug zvorotnogo zv'yazku - Un set de elemente SPM, pe lângă care, la scanare, sonda este plasată pe o suprafață fixă ​​pe suprafața specimenului (Fig. 7 -5). În timpul procesului de scanare, sonda poate fi amplasată pe secțiuni ale suprafeței probei cu un relief diferit, caz în care poziția Z a sondei-sondă se schimbă, iar valoarea interacțiunii sondă-sondă se va modifica și ea. .

Mic 7 5. Schema gateway-ului unui microscop cu sondă de scanare

Pe măsură ce sonda se apropie de suprafață, forțele de interacțiune dintre sondă cresc și semnalul către dispozitivul de înregistrare crește. V(t), Kotriy apare în unități de tensiune. Comparatorul egalizează semnalul V(t) cu tensiune de referinţă V a sustine vibrează un semnal distorsionant V corespondent. Semnal de corectare V corespondent este alimentat la scaner și sonda este introdusă în imagine. Tensiunea de referință este tensiunea care corespunde semnalului dispozitivului de înregistrare atunci când sonda apare în poziția țintă a afișajului. Susținând expunerea sondă în timpul scanării, sistemul de cuplare menține forța specificată a interacțiunii sondă-expunere.

Mic 7 6. Traiectoria sondei aeriene în timpul procesului de susținere de către sistemul de cuplare de retur a forței constante de interacțiune sondă-sondă

Orez. 7 -6 arată traiectoria de rotație a sondei către sondă în timp ce se salvează forța staționară a interacțiunii sondă-pică. Pe măsură ce sonda apare deasupra orificiului, scanerului i se aplică o tensiune, iar atunci când scanerul este apăsat, sonda este coborâtă.

Lichiditatea cuplării lancetei între schimbarea stației sondă-dof (interacțiunea sondă-dofă) este determinată de constanta lancetei la cuplarea comutatoare. K. Semnificaţie K depind de caracteristicile de proiectare ale unui anumit SPM (design și caracteristici ale scanerului, electronică), modul de funcționare SPM (dimensiunea zonei de scanare, fluiditatea scanării etc.), precum și caracteristicile suprafeței care sunt fiind monitorizat (scalarea caracteristicilor, relieful, duritatea terialuului).

Riznovidi SPM

Microscop tunel de scanare

Cu un dispozitiv de înregistrare STM (Mal. 7 -7), între sonda metalică curge un flux de tunel, care variază în funcție de potențialul de pe suprafața probei și de topografia suprafeței acesteia. Sonda are un cap ascutit ascutit, raza varfului rotunjit poate ajunge la cativa nanometri. Ca material pentru sondă, luați în considerare metalele vicorizate cu duritate ridicată și rezistență chimică: wolfram sau platină.

Mic 7 7. Schema unui senzor de sondă tunel

Se aplică o tensiune între sondă și firul conductor. Când vârful sondei apare cu un bobinator aproape de 10A în fața probei, electronii din eșantion încep să treacă printr-un tunel prin golul de la sondă și în direcția opusă, în funcție de semnul tensiunii (Fig. 7 - 8). ).

Mic 7 8. Reprezentarea schematică a interacțiunii dintre vârful sondei și sticlă

Fluxul tunelului, care este responsabil pentru acest lucru, pare a fi un dispozitiv de înregistrare. Mărimea Yogo eu T alimentare proporțională cu tensiune la contactul tunelului Vși se află exponențial de la proeminența de la cap până la vârf d.

În acest mod, se fac mici modificări de la vârful sondei la d indică modificări exponențiale mari ale fluxului tunelului eu T(transferuri, care este tensiunea V mentine neschimbabilul). Ca rezultat, sensibilitatea senzorului sondei tunel este suficientă pentru a detecta modificări de înălțime mai mici de 0,1 nm și, prin urmare, pentru a capta imagini ale atomilor de pe suprafața unui solid.

Microscop de forță atomică

Cel mai mare senzor de interacțiune a forței atomice este un cantilever cu arc (consolă - consolă) cu o sondă extinsă la capăt. Dimensiunea cantileverului mare, care rezultă din interacțiunea forței dintre sondă și sondă (Fig. 7 - 9), este controlată de scheme suplimentare de înregistrare optică.

Principiul de funcționare al unui senzor de forță se bazează pe o gamă de forțe atomice care operează între atomii sondei și atomii probei. La schimbarea forței sondei, valoarea deplasării în consolă se modifică, iar o astfel de modificare este modificată sisteme opticeînregistrare. Astfel, un senzor de forță atomică este o sondă fierbinte cu sensibilitate ridicată, care vă permite să înregistrați forțele de interacțiune dintre atomi apropiați.

Pentru perioade mici de conectare între forța sondei și sondă Fși îmbunătățirea vârfului cantilever X este indicat de legea lui Hooke:

de k - Constanta de forță (constanta de duritate) a consolei.

De exemplu, o consolă cu o constantă k de ordinul a 1 n/m, apoi sub influența forței de interacțiune sondă-particulă de ordinul a 0,1 nanonewton, valoarea expansiunii cantilever este de aproximativ 0,1 nm.

Pentru a detecta astfel de mișcări mici, se folosește un senzor optic (Fig. 7-9), care constă dintr-un laser conductor și o fotodiodă cu mai multe secțiuni. Când cantileverul este îndoit, ieșirea noului canal laser este deplasată spre centrul fotodetectorului. Astfel, valoarea cantileverului poate fi determinată prin modificarea luminozității jumătăților superioare (T) și inferioare (B) ale fotodetectorului.

Figura 7 9. Diagrama senzorului de putere

Puterea forțelor de interacțiune dintre sondă și sonde la sondă și suportul sondei

Când sonda este aproape de ochi, rinichiul este atras de suprafață datorită prezenței forțelor care atrag (forțele van der Waals). Pe măsură ce sonda se apropie mai mult de particulă, învelișul de electroni a atomilor de la capătul sondei și atomii de pe suprafața sticlei încep să se suprapună, ceea ce duce la apariția unei forțe care crește. Cu alte schimbări, forța care se ridică devine dominantă.

Depozit de putere sau interacțiune interatomică Fîntre atomi R se pare ca:

.

Constantin Aі b acel spectacol de scenă mі n se află în tipul de atomi și tipul de legături chimice. Pentru forțele van der Waals m=7 ta n=3. Nivelul F(R) este prezentat clar în Fig. 7-10.

Mic 7 10. Intensitatea forței de interacțiune între atomi de la suprafață

Formatul datelor SPM, vizualizarea datelor SPM

Datele despre morfologia suprafeței, luate pentru observare la microscop optic, sunt prezentate sub forma unei imagini mai mari a secțiunii de suprafață. Informația care este capturată de SPM suplimentar este înregistrată sub forma unui tablou bidimensional de numere întregi A ij . Valoarea pielii ij Acest lucru este indicat de un punct pe suprafață la limitele câmpului de scanare. Matricea de numere afișată grafic se numește imagini scanate SPM.

Scanările de imagini pot fi bidimensionale (2D) sau tridimensionale (3D). Cu vizualizarea 2D a unui punct de piele pe suprafața Z= f(X y) setați tonul de culoare la aceeași înălțime cu punctul de suprafață (Fig. 7 - 11 a). Cu vizualizarea 3D a imaginii de suprafață Z= f(X y) va fi într-o perspectivă axonometrică cu un accent suplimentar pe pixeli și relieful liniei. Cel mai eficient mod de pictură 3D este de a evidenția suprafața creierului cu un punct dzherel, desenat în primul punct din spațiul de deasupra suprafeței (Fig. 7-11 b). Ceea ce vă permite să subliniați micile trăsături ale reliefului.

Mic 7 11. Limfocite din sângele uman:
a) imagini 2D; b) Imagini 3D cu iluminare de fundal

Pregătirea probelor pentru urmărirea SPM

Morfologia și structura celulelor bacteriene

Bacteriile sunt microorganisme unicelulare care au o formă variată și o structură pliată, ceea ce indică diversitatea activităților lor funcționale. Bacteriile se caracterizează prin următoarele forme de bază: sferice (kulasta), cilindrice (ca o tijă), încolăcioasă și filiforme [Ref. 7-2].

Koki (bacterii de formă rotundă) – pe termen lung în zona tivului și creșterea indivizilor din jur sunt împărțite în micrococi (cocas înclinate), diplococi (cocasi colegi), streptococi (lance de coc), stafilococi (care au aspectul viței de vie), tetracoci (coca vegetală). ennya) ) care sarcini (pachete de 8 sau 16 coques).

ca un băț – bacteriile cresc sub formă de celule unice, diplobacterii sau streptobacterii.

Răsucit - vibratii, spiri si spirochete. Vibrionii arată ca niște tije ușor curbate, iar spiriile au o formă răsucită cu câteva bucle spiralate.

Dimensiunea bacteriilor variază de la 0,1 la 10 microni. Celula bacteriană este formată dintr-o capsulă, un perete celular, o membrană citoplasmatică și citoplasmă. Citoplasma conține nucleotide, ribozomi și incluziuni. Unele bacterii sunt susținute de flageli și vilozități. O serie de bacterii creează superbacterii. În funcție de dimensiunea transversală exterioară a coapsei, super-obrajii îi conferă o formă de fus.

Pentru a studia morfologia bacteriilor la microscop optic, se prepară preparate native (supraviețuitoare) și frotiuri fixe preparate cu hambar de anilină. Există metode speciale de preparare pentru identificarea flagelilor, pereților celulari, nucleotidelor și a diferitelor incluziuni citoplasmatice.

Examinarea SPM a morfologiei celulelor bacteriene nu necesită perfuzia medicamentului. SPM permite ca forma și dimensiunea bacteriilor să fie determinate la un nivel înalt. Cu un preparat atent pregătit și o sondă vicoristică cu o rază mică de rotunjire, flagelii pot fi detectați. În același timp, prin marea rigiditate a peretelui celular, bacteriile nu pot „spărge” structurile interne ale celulelor, așa cum se poate face pe alte celule umane.

Pregătirea preparatelor pentru examinarea SPM a morfologiei

Pentru prima încercare folosind SPM, se recomandă alegerea unui preparat biologic care nu necesită o preparare complexă. În general, bacteriile lactice ușor disponibile și nepatogene se găsesc în saramură de varză murată sau produse din lapte fermentat.

Pentru observarea SPM în aer, este necesar să fixați cu atenție obiectul care trebuie observat pe suprafața padului, de exemplu, pe un tobogan curbat. În plus, rezistența bacteriilor din suspensie trebuie să fie astfel încât celulele, atunci când sunt depuse pe căptușeală, să nu se lipească, iar spațiul dintre ele să nu fie prea mare, astfel încât la scanare să fie posibilă prelevarea unei probe mici. a obiectului într-un cadru c. Este important să rețineți că selectați modul corect de gătit. Dacă aplicați o picătură de gunoi pentru a îndepărta bacteriile de pe căptușeală, atunci va avea loc depunerea și aderența acestora. Parametrii principali pentru acest calcul sunt concentrația de celule din plantă și timpul de sedimentare. Concentrația bacteriilor din suspensie este determinată conform standardului de calamutitate optică.

În acest caz, avem un singur parametru – ora de incubare. Cu cât picăturile sunt mai vizibile pe sticlă, cu atât puterea celulelor bacteriene va fi dezvăluită. În același timp, dacă picăturile încep să se usuce, medicamentul va deveni puternic contaminat cu componentele amestecului care au precipitat. Presară frec pentru îndepărtarea celulelor bacteriene (rozsil), aplic pe suprafață, frec 5-60 de quiline (în funcție de depozit). Apoi, fără a lăsa picăturile să se usuce, clătiți bine cu apă distilată (umidând preparatul cu penseta în sticlă de mai multe ori). După uscare, preparatul este gata pentru uscarea SPM.

Pentru fund s-au preparat preparate de bacterii lactice din saramură de trandafiri de varză murată. Ora de vitrizare a picăturilor în saramură de trandafiri pe suprafața curbată a fost aleasă ca fiind 5 minute, 20 de minute și 1 an (picăturile începuseră deja să se usuce). SPM - filmare prezentată pe Mal. 7-12, Mic 7 -13,
Mic 7-14.

Este clar de la cei mici că din acest punct de vedere ora optimă de incubație este de 510 minute. Expunerea prelungită la suprafața căptușelii face ca celulele bacteriene să se lipească. Ori de câte ori picăturile de gunoi încep să se usuce, aveți grijă să depuneți componentele de rocă la suprafață, care sunt imposibil de îndepărtat.

Mic 7 12. Imagini cu bacterii lactice pe o sticlă curbată,
luați SPM-ul pentru ajutor.

Mic 7 13. Imagini cu bacterii lactice pe o sticlă curbată,
luați SPM-ul pentru ajutor. Ora de incubație: 20 min.

Mic 7 14. Imagini cu bacterii lactice pe o sticlă curbată,
luați SPM-ul pentru ajutor. Ora de incubație este de 1 an.

Folosind unul dintre preparatele selectate (Fig. 7-12), am încercat să ne uităm la ce sunt bacteriile lactice și ce formă este tipică pentru ele în această perioadă. (Mal. 7 -15)

Mic 7 15. AFM – imagini cu bacterii lactice pe o sticlă curbată.
Ora de incubație este de 5 minute.

Mic 7 16. AFM – imaginea unei lancete de bacterii lactice pe o sticlă curbată.
Ora de incubație este de 5 minute.

Rozsolu se caracterizează printr-o formă de bacterii asemănătoare tijei și o creștere în formă de lancetă.

Mic 7 17. Vedere a programului de bază al NanoEducator SPM inițial.
Bara de instrumente

Instrumentele Vikorist care utilizează programul inițial SPM NanoEducator au determinat dimensiunea celulelor bacteriene. Mirosurile au fost stivuite aproximativ 0,5 x 1,6 um
până la 0,8×3,5 microni.

Rezultatele pot fi comparate cu datele obținute de la originea bacteriei Bergey [Lit. 7-3].

Bacteriile de acid lactic sunt transferate la lactobacili (Lactobacillus). Clapele arată ca niște bețe și au forma corectă. Bețișoarele sunt lungi, uneori asemănătoare cocosului și au felinare scurte. Dimensiuni 0,5 – 1,2 X 1,0 – 10 microni. Superechka nu aprobă; în explozii unice, ei se zvârcolesc după învelișul flagelului peritrichial. Pe scară largă în partea de mijloc, ele sunt mai ales înguste în produsele de larva de origine gătită și de alge. Bacteriile de acid lactic intră în microflora normală a tractului ierbii. Toată lumea știe că varza murată, alături de vitamine și scorțișoară, ajută la îmbunătățirea microflorei intestinale.

Proiectarea unui microscop cu sondă de scanare Nanoeducator

Orez. 7 -18 vizualizări ale aspectului curent al capului de vizualizare SPM NanoEducatorȘi voi identifica principalele elemente pentru a putea fi analizate în timpul orei de muncă.

Mic 7 18. Aspect exteriorșef vimiruvial al SPM NanoEducator
1- bază, 2- braț de tăiere, 3- Senzor de interacțiune, 4-șuruburi de fixare a senzorului,
5 șuruburi pentru deplasarea manuală, 6 șuruburi pentru deplasarea scanerului din sticlă în plan orizontal, 7 șuruburi pentru capacul cu o cameră video

Orez. 7 -19 arată designul capului vimiruval. Pe suportul 1 se află un scaner detașabil 8 cu un trimach al probei 7, un mecanism pentru aducerea probei la sonda 2 pe baza motorului ceasului. La inceput SPM NanoEducator Imaginea este atașată la scaner și imaginea este scanată folosind o sondă indestructibilă. Conexiunea sondei 6, atașată la senzorul de interacțiune a forței 4, poate fi reglată la valoarea dorită folosind șurubul manual suplimentar 3. Selectarea înainte a locului este urmată de șurubul suplimentar.care 9.

Mic 7 19. Proiectarea SPM NanoEducator: 1 – bază, 2 – mecanism de alimentare,
3 – șurub de reglare manuală, 4 – senzor de interacțiune, 5 – șurub de fixare a senzorului, 6 – sondă,
7 – imagine trimach, 8 – scanner, 9, 10 – șurub pentru mutarea scanerului din imagine

Şef SPM NanoEducator constă din cabluri conectate la capul de imagistică, controlerul SPM și computerul suport. Microscopul este conectat la camera video. Semnalul de la senzorul de interacțiune, după ce a fost convertit într-un amplificator, ajunge la controlerul SPM. Controlul robotului SPM NanoEducator Funcționează de la un computer printr-un controler SPM.

Senzor de interacțiune de forță și sondă

Gata Nanoeducator senzor de vibrații în vederea tubului ceramic ceramic l=7 mm, diametru d= 1,2 mm grosime perete h=0,25 mm, fixat rigid la un capăt. Un electrod conductiv este aplicat pe suprafața interioară a tubului. Pe suprafața exterioară a tubului sunt aplicați doi electrozi cilindrici izolați electric. Un fir de wolfram cu un diametru de
100 microni (mic 7 -20).

Mic 7 20. Proiectarea senzorului universal pentru dispozitivul NanoEducator

Capătul lung al burghiului, care este folosit ca sondă, este ascuțit electrochimic, raza de rotunjire este de 0,2  0,05 µm. Sonda face contact electric cu electrodul intern al tubului, conectat la carcasa împământată a dispozitivului.

Prezența a doi electrozi externi pe tubul piezoelectric permite senzorului de interacțiune a forței (senzorul de impact mecanic) să vibreze o parte a tubului piezoelectric (partea de sus, în conformitate cu Fig. 7 -21), iar cealaltă parte a vikoristului este ca un p'ezovibrator. O tensiune electrică variabilă este furnizată oscilatorului la o frecvență egală cu frecvența de rezonanță a senzorului de putere. Amplitudinea sunetului cu o extindere mare a sondei este maximă. Iacul este vizibil din Mal. 7 -22, în procesul de lovire, sonda se mișcă din poziția sa egală cu o valoare A, egală cu amplitudinea vibrațiilor sale mecanice perturbatoare (pentru a seta părți ale micrometrului), în timp ce pe cealaltă parte a tăierii ( la senzorul de ciocănire) vița є tensiune electrică variabilă, proporțională cu sarcina sondei și pare să se potrivească.

Când sonda este aproape de suprafața eșantionului, sonda începe să se lipească de eșantion în timpul procesului de zdrobire. Pentru a reduce caracteristica amplitudine-frecvență (AFC), mișcarea senzorului spre stânga este egală cu AFC, care este mult deasupra suprafeței (Fig. 7 -22). Deoarece frecvența sunetului care face zgomot, la tăiere, este susținută de o frecvență constantă și egală a sunetului, la un nivel ridicat, atunci când sonda este aproape de suprafață, amplitudinea sunetului se modifică și devine egală cu A. Această amplitudine Aici tăierea este înregistrată din alte părți ale tăieturii.

Mic 7 21. Principiul de funcționare al unui tub piezoelectric
ca senzor de interacțiune a forței

Mic 7 22. Modificarea frecvenței senzorului de putere
când este aproape de suprafața ochiului

Scanner

Metoda de organizare a micro-deplasării care este utilizată în dispozitiv Nanoeducator, se bazează pe o membrană metalică presată în jurul perimetrului, cu o placă de rășină lipită la suprafață (Mal. 7 -23 a). Modificarea dimensiunii plăcii de plastic sub influența tensiunii care o controlează va duce la încălcarea membranei. După ce a împins astfel de membrane de-a lungul a trei laturi perpendiculare ale cubului și a conectat centrele lor cu capse metalice, puteți îndepărta un scanner cu 3 coordonate (Fig. 7-23 b).

Mic 7 23. Principiul de funcționare (a) și design (b) al scanerului atașat la NanoEducator

Element de piele 1, elemente de fixare pe fețele cubului 2, cu adăugarea unei noi tensiuni electrice, puteți transfera elementele de fixare într-o nouă parte 3 într-una dintre cele trei linii drepte reciproc perpendiculare - X, Y sau Z. După cum se poate vedea de la cel mic, toate cele trei părți și s-au adunat la un punct 4. Din orice proximitate, puteți observa că acest punct se mișcă în spatele a trei coordonate X, Y, Z. Până în acest punct, suportul 5 este atașat de trimmer-ul cadrului 6. În acest fel, cadrul se deplasează de-a lungul a trei coordonate sub acțiunea a trei tije de tensionare independente. La margini Nanoeducator Mișcarea maximă a imaginii se apropie de 5070 µm, ceea ce înseamnă aria maximă de scanare.

Mecanism pentru avansarea automată a sondei către mucus (reținerea membranei mucoase)

Intervalul de mișcare al scanerului pe axa Z ar trebui să fie de aproximativ 10 µm, așa că înainte de a începe scanarea este necesar să aduceți sonda aproape de țintă. În acest scop, mecanismul de reducere, a cărui diagramă este prezentată în Fig. 7-19. Dvigun 1 Crokovy când se servește pe eogo electrichny izpulsіv gutifs 2 І Movish bar 3 s 3 zontia 4, aproape submarin vid Zrazka 5, stanned pe scaner 6. Valoarea unui croc este aproape de 2 μm.

Mic 7 24. Schema mecanismului de aducere a sondei la suprafața ochiului

Fragmentele mecanismului acționat de margine depășesc semnificativ dimensiunea deplasării sondei necesare în timpul procesului de scanare, pentru a evita deformarea sondei care este alimentată la funcționarea de o oră a antrenamentului de margine și a scanerului yum mutat de-a lungul axei Z urmând algoritmul avansat:

1. Sistemul de pliere este pornit și scanerul este „retras”, ceea ce coboară indicatorul în poziția extremă inferioară.

2. Mecanismul de introducere a sondei începe să funcționeze o dată și apoi se oprește.

3. Sistemul de inversare este pornit, iar scanerul ridică lin sonda, iar interacțiunea sondă-spectru este analizată simultan.

4. Dacă există interacțiune zilnică, procesul se repetă de la punctul 1.

Dacă apare un semnal diferit de zero când scanerul este tras în sus, sistemul sistemului de cuplare va împinge scanerul în sus și va fixa valoarea interacțiunii la un anumit nivel. Mărimea interacțiunii de forță la care va avea loc un vârf al sondei și procesul de scanare va avea loc, în dispozitiv Nanoeducator caracterizat prin parametru Amplitudine suprimată (AmplitudineSuprimarea) :

A = A o . (1- Suprimarea amplitudinii)

Realizarea de imagini SPM

După ce faceți clic pe program Nanoeducator Pe ecranul computerului apare fereastra principală a programului (Mal. 7-20). Robotul imprimă o urmă din elementul de meniu Fişierși alege ceva nou Vidkriti sau nou sau butoane suplimentare din bara de instrumente (, ).

Selectați comenzi Fişier nouînseamnă trecerea până la efectuarea SPM a vimirilor și selecția echipei Fişier Vidkritiînseamnă o tranziție la revizuirea și procesarea datelor eliminate anterior. Programul vă permite să vizualizați și să procesați date în paralel cu vizualizările.

Mic 7 25. Golovne vikno program NanoEducator

După victoria echipei Fişier nou Pe ecran apare o casetă de dialog, care vă permite să selectați sau să creați un folder de lucru în care vor fi înregistrate rezultatele editării în linie. În timpul procesului de editare, toate datele sunt eliminate și înregistrate secvenţial în fișierele numite ScanData+i.spm, de index i resetează la zero când porniți programul și crește cu fiecare nouă modificare. Filey ScanData+i.spm sunt plasate în folderul de lucru, care este instalat înainte de începutul lumii. Este posibil să alegeți altul folderele de lucru sub ceasul vimirilor. Pentru care trebuie să apăsați butonul , afișat pe bara de instrumente a ferestrei principale a programului și selectați un element de meniu Schimbați folderul de lucru.

Pentru a salva rezultatele vizualizatorului de flux, trebuie să apăsați butonul Salvează iaculÎn fereastra de scanare, în caseta de dialog, selectați un folder și indicați numele fișierului al cărui fișier ScanData+i.spm, care servește ca fișier temporar de stocare a datelor în timpul procesului de editare, va fi redenumit în funcție de numele fișierului specificat. Pentru promovare dosarul va fi păstrat de către tatăl lucrător, care îl va lua la cunoștință înainte de începerea stingerii. Dacă nu anulați operația de salvare a rezultatelor estomparii, atunci la momentul lansării programului, rezultatele înregistrate în fișierele de timp ScanData+i.spm, va fi suprascris secvenţial (dacă folderul de lucru nu a fost modificat). Despre detectarea fișierelor sensibile la timp a rezultatelor modificării la tatăl care lucrează, progresele sunt văzute înainte de închidere și după lansarea programelor. Schimbarea folderului de lucru înainte de a efectua experimentul vă permite să protejați rezultatele experimentului anterior împotriva ștergerii. Standard ScanData Puteți schimba acest lucru selectând un folder de lucru din fereastră. Se face clic pe fereastra de selectare a folderului atunci când este apăsat butonul , afișat în bara de instrumente a ferestrei principale a programului. De asemenea, puteți salva rezultatele întăririi Scanați browserul, prin ochi fisierele necesareşi mântuindu-i de la tatăl ales.

Este posibil să exportați rezultatele capturate folosind dispozitivul suplimentar NanoEducator în format ASCII și format Nova (compania NTMDT), care pot fi importate prin programul NT MDT Nova, Analiza imaginii și alte programe. Formatul ASCII exportă imagini ale scanărilor, date despre secțiunile lor transversale și rezultate ale spectroscopiei cu vibrații. Pentru a exporta datele trebuie să faceți clic pe butonul Export, afișat în bara de instrumente a ferestrei principale a programului sau selectați Export la elementul de meniu FişierÎn această fereastră, selectați formatul de export corespunzător. Datele pentru prelucrare și analiză pot fi trimise imediat în avans programul a fost lansat Analiza imaginii.

După închiderea ferestrei de dialog, panoul va apărea pe ecran
(Mal. 7 -26).

Mic 7 26. Panou keruvannya montat

În partea stângă a panoului există butoane aranjate pentru selectarea configurației SPM:

SSM- Microscop cu forță de scanare (SFM)

STM- Microscop tunel de scanare (STM).

Efectuarea vimirurilor pe NanoEducator SPM inițial implică următoarele operații:

1. Instalarea vederii

UVAGA! Înainte de a introduce sonda, este necesar să scoateți senzorul din sondă pentru a evita deteriorarea sondei.

Există două moduri de a atașa simbolul:

pe o masă magnetică (caz în care imaginile sunt atașate de suportul magnetic);

pe banda adeziva fata-verso.

UVAGA! Pentru a instala o etichetă pe o bandă adezivă cu două fețe, trebuie să deșurubați mașina de tuns de pe suporturi (pentru a nu deteriora scanerul), apoi să o înșurubați înapoi până când se oprește ușor.

Dacă există o fixare magnetică, piesa de schimb poate ieși fără a împinge piesa.

2. Instalarea senzorului sondei

UVAGA! Instalați senzorul cu sonda de urmărire mai întâi după instalarea urmei.

După ce ați selectat senzorul sondei necesar (tăiați senzorul de marginile metalice ale bazei) (div. Mal. 7 -27), slăbiți șurubul de fixare al senzorului sondei 2 de pe coroana capului vibrant, introduceți senzorul la priza trimach până se oprește, strânge șurubul de fixare din spatele paginii aniversare o rup până se aprinde.

Mic 7 27. Instalarea senzorului sondei

3. Selectați scanarea locației

Când selectați pentru proiectarea extensiei, utilizați șurubul pentru a muta masa pe axa x, mutată în partea inferioară a atașamentului.

4. Avansați sonda până la ochi

Operarea extensiei frontale nu este obligatorie pentru testul cutanat; este necesar să se acorde atenție mărimii distanței dintre ochi și capetele sondei. Operația de apropiere înainte trebuie efectuată atunci când distanța dintre vârful sondei și suprafața probei se deplasează cu 0,51 mm. Dacă sonda automată este adusă la țintă de la o distanță mare dintre ele, procesul va dura o oră.

Utilizați șurubul manual pentru a coborî sonda, verificând vizual dacă este poziționată între aceasta și suprafața ochiului.

5. Curba de rezonanta Pobudova si setarea frecventei de operare

Această operație implică în mod necesar începutul infecției cutanate și, până când docul este spart, trece la etapele ulterioare ale eliminării blocajului. În plus, în timpul procesului de anulare a codului, apar situații care necesită repetarea aceleiași operațiuni (de exemplu, odată ce pierzi contactul).

Este evident că rezonanța se aude prin apăsarea butonului de pe panoul dispozitivului. Această operație transferă amplitudinea vibrațiilor sondei la schimbarea frecvenței vibrațiilor, care sunt stabilite de generator. Pentru care trebuie să apăsați butonul ALERGA(Mal. 7 -28).

Mic 7 28. Cum să operați prin căutarea rezonanței și setarea frecvenței de operare:
a) – modul automat; b) – modul manual.

În modul Auto Frecvența generatorului este setată automat la aceeași frecvență cu amplitudinea maximă a oscilației sondei. Un grafic care demonstrează o modificare a amplitudinii sondei într-un interval de frecvență dat (Fig. 7-28a) vă permite să monitorizați forma vârfului rezonant. Deoarece vârful de rezonanță nu are suficientă expresie, deoarece amplitudinea la frecvența de rezonanță este mică ( mai putin de 1V), atunci este necesar să modificați parametrii vibrației și să reselectați frecvența de rezonanță.

Pentru cine este alocat modul Manual. Când selectați acest mod din fereastră Valoarea frecvenței de rezonanță apare ca un panou suplimentar
(Mal. 7 -28b), care vă permite să personalizați următorii parametri:

Tensiunea sondei, ceea ce este setat de generator. Este recomandat să setați această valoare la minim (tot drumul la zero) și nu mai mult de 50 mV.

Factor de creștere a amplitudinii ( Amplitudine crescută). Dacă amplitudinea este insuficientă, sonda este străpunsă (<1 В) рекомендуется увеличить коэффициент Amplitudine crescută.

Pentru a începe operația, căutați rezonanță, trebuie să apăsați butonul start.

Modul Manual vă permite să modificați manual frecvența selectată prin deplasarea cursorului verde pe graficul din spatele mouse-ului și, de asemenea, să clarificați natura modificării amplitudinii sunetului într-un interval restrâns de valori în apropierea frecvenței selectate (pentru care aveți trebuie să instalați un jumper Mod manual la tabără Exact apasa butonul start).

6. Îngroparea reciprocă

Pentru a asigura interacțiunea reciprocă, este dezvoltată o procedură pentru proximitatea controlată a sondei și conectarea cu un mecanism suplimentar de apropiere automată. Această procedură se realizează prin apăsarea butonului de pe panoul de tratament cu dispozitivul. În timpul orei de funcționare cu SCM, acest buton devine disponibil după finalizarea operației și setarea frecvenței de rezonanță. Vikno SSM, Pіdvedennya(Min. 7 -29) plasați elementele ceriului pe cablurile sondei, precum și indicatorii parametrilor care vă permit să analizați procesul procedurii.

Mic 7 29. Afișarea procedurii de introducere a sondei

La fereastra Pіdvedennya Analistul poate urmări următoarele valori:

detalii scaner ( ScannerZ) de-a lungul axei Z la maximum posibil, luată ca una. Cantitatea de intrare a scanerului este caracterizată de nivelul de umplere a indicatorului din stânga cu culoare, care indică zona în care se află scanerul în prezent: culoare verde - zonă de lucru, albastru - poziția zonei de lucru, roșu - scaner în curs cusătura trebuie să fie aproape de suprafața ochiului, ceea ce poate provoca deformarea sondei. Uneori, programul arată un avans sonor;

amplitudinea sondei Deci amplitudinea acestei vibrații fără interacțiunea forței este luată ca una. Valoarea amplitudinii apei a sondei este afișată în indicatorul din dreapta al nivelului de umplere cu o culoare visiniu. Marcaj orizontal pe indicator Amplitudinea sondei indică faptul că la trecerea prin orice analiză, scannerul va fi afișat automat în poziția de operare;

numărul de culturi ( SHda), urmând o direcție dată: Pіdvedennya - proximitate, Vіdvedennya - vidalennya.

Înainte de a începe procesul de coborâre a sondei, este necesar:

Verificați corectitudinea setărilor parametrilor de proximitate:

Coeficientul de întărire al lancetei legăturii gulerului Sistem de operare puternic inserţii pe valori 3 ,

Convertiți la ce parametru Înăbușitoramplitudine (putere) Valoarea este aproape de 0,2 (div. mic 7 -29). În cealaltă opțiune, apăsați butonul Forta iar la fereastră Setarea parametrilor de comunicare (Fig. 7-30) valorile stabilite Înăbușitoramplitudine Rivne 0.2. Pentru o prezentare mai delicată a valorii parametrului Înăbușitoramplitudine poate dar mai putin .

Verificați corectitudinea setărilor în fereastra de parametri Parametrii, latură Parametrii de depunere.

Ambele interacțiuni pot fi indicate de indicatorul din stânga ScannerZ. În afara scanerului (întregul indicator ScannerZ umplere cu o culoare albastră), precum și suprafața de umplere cu un indicator de culoare visiniu Amplitudinea sondei Kolivan(Mal. 7 -29) indică existența unor relații reciproce. După verificarea rezonanței și setarea frecvenței de funcționare, amplitudinea vibrațiilor puternice ale sondei este setată la unu.

De îndată ce scanerul este oprit, nu îl voi porni până când se apropie ora, iar programul afișează notificarea: „Fă o afacere!” Sonda este foarte aproape de ochi. Modificați setările pentru cursul dvs. de educație fizică. Dacă doriți să plecați într-un loc sigur, este recomandat să încetiniți următoarele proceduri:

A. modificați unul dintre parametrii:

crește cantitatea de interacțiune, parametru Înăbușitoramplitudine, sau

creste valoarea Sistem de operare puternic, sau

crește timpul de oprire dintre pașii de proximitate (parametrul Ora de integrare pe pagina Parametrii de depunere vikna Parametrii).

b. măriți distanța dintre sondă și ochi (pentru această operație, descrisă în paragraful și operație Rezonanţă, după care treceți la următoarea procedură Pіdvedennya.

Mic 7 30. Fereastra pentru setarea valorii interacțiunii și expresiei sondei

După stocarea interacțiunii, apare o notificare „ Pіdvedennya Wikonan".

Dacă trebuie să vă apropiați cu un singur clic, apăsați butonul. În acest caz, se determină mai întâi criteriul, iar apoi se verifică criteriile de depunere a interacțiunii. Pentru a face clic pe roc, trebuie să apăsați butonul. Pentru a finaliza operațiunea de retragere, trebuie să apăsați butonul pentru retragere rapidă

Sau apăsați butonul pentru introducere completă. Dacă este necesar, apăsați butonul pentru a avansa câte un ciclu. Caz în care se determină mai întâi criteriul, iar apoi se verifică criteriile de depunere a interacțiunii reciproce

7. Scanuvannya

După finalizarea procedurii de finalizare ( Pіdvedennya) Acest spațiu de stocare devine disponibil pentru scanare (butonul de lângă fereastra panoului barei de instrumente).

După ce a apăsat acest buton (uitați-vă la fereastra de scanare din Fig. 7 -31), operatorul începe imediat până când modificarea este efectuată și rezultatele modificării sunt eliminate.

Înainte de scanare, trebuie să setați parametrii de scanare. Acești parametri sunt grupați în partea dreaptă a panoului de sus al ferestrei Skanuvannya.

În primul rând, după pornirea programului, mirosurile sunt instalate:

Scanuvannya pătrat - regiune (Xnm*Ynm): 5000*5000 nm;

Numărul de punctealinierea de-a lungul axelor- X Y: NX=100, NY=100;

Shlyakh skanuvannya - Directînseamnă scanare directă. Programul vă permite să selectați axa de scanare directă (X sau Y). La pornirea programului, programul este instalat Direct

După setarea parametrilor de scanare, trebuie să apăsați butonul Zastosuvati butoane pentru a confirma parametrii introduși start pentru scanarea cob.

Mic 7 31. Control ușor al procesului și afișarea rezultatelor scanării SFM

7.4.Adăugiri metodice

Mai întâi imprimați robotul pe un microscop cu sondă de scanare NanoEducator după ce ați citit manualul de utilizare [Lit. 7-4].

7.5.Tehnici de siguranță

Pentru operarea dispozitivului se folosește o tensiune de 220 V. Funcționarea microscopului cu sondă de scanare NanoEducator se realizează în conformitate cu PTE și PTB ale instalațiilor electrice cu tensiuni de până la 1000 V.

7.6.Zavdannya

1. Pregătiți probe biologice independente pentru observare folosind metoda SPM.

2. Luați în considerare designul practic al atașamentului NanoEducator.

3. Cunoașteți programul NanoEducator.

4. Luați primele imagini SPM sub controlul computerului.

5. Efectuați procesarea și analiza imaginii capturate. Ce forme de bacterii sunt prezente în cultura dumneavoastră? Ce determină forma și dimensiunea celulelor bacteriene?

6. Luați rezultatul bacteriilor Burgee și comparați rezultatele cu descrierile de acolo.

7.7.Controlul alimentelor

1. Care sunt metodele de urmărire a obiectelor biologice?

2. Ce este microscopia cu sondă de scanare? Ce principiu stă la baza lui?

3. Numiți principalele componente ale SPM și funcțiile acestora.

4. Ce este efectul piezoelectric și cum se remarcă în SPM? Descrieți diferitele modele de scanere.

5. Descrieți designul de bază al dispozitivului NanoEducator.

6. Descrieți senzorul de interacțiune a forței și principiul funcționării acestuia.

7. Descrieți mecanismul de aducere a sondei în vârful dispozitivului NanoEducator. Explicați parametrii care determină puterea interacțiunii dintre sondă și sondă.

8. Explicați principiul scanării și al sistemului robotizat al verigii de rotire. Spuneți-ne despre criteriile de alegere a parametrilor de scanare.

7.8.Literatura

Lit. 7 1. Paul de Cruy. Mistere pentru bacterii. M. Terra. 2001.

Lit. 7 2. Un ghid pentru lecții practice de microbiologie. Editat de Egorov N.S. M: Nauka, 1995.

Lit. 7 3. Hoult J., Craig N., P. Sneath, J. Staley, S. Williams. // Originea bacteriilor Bergi. M.: Svit, 1997. T. nr. 2. P. 574.

Lit. 7 4. Pos_bnik koristuvach prladu Nanoeducator.obiecte. Nijni Novgorod. Centrul de Știință și Educație...