Mikroskop za skeniranje

Pod pojmom Mikroskop za skeniranje Postoji niz mikroskopa i pridružene metode mjerenja koji se koriste za analizu površina. Te su tehnike stoga dio fizike površina i površina. Mikroskopi za skeniranje sondi karakterizirani su time da se mjerna sonda vodi na površini na maloj udaljenosti.

Što je mikroskop za skeniranje?

Sve vrste mikroskopa u kojima se slika stvara kao rezultat interakcije sonde i uzorka nazivaju se skenirajućim mikroskopima. Ovo razlikuje ove metode od svjetlosne mikroskopije i skenirajuće elektronske mikroskopije. Ovdje se ne koriste niti optička niti elektro-optička leća.

Uz pomoć mikroskopa za sondiranje površinom uzorka, pomalo se skenira površina uzorka. Na taj se način dobivaju izmjerene vrijednosti za svaku pojedinu točku, koje se zatim kombiniraju kako bi se stvorila digitalna slika.

Metodu skeniranja prvi su put razvili i predstavili 1981. Rohrer i Binnig. Temelji se na efektu tunela koji nastaje između metalnog vrha i vodljive površine. Ovaj učinak čini osnovu za sve kasnije skenirane mikroskopske metode.

Oblici, vrste i vrste

Postoje različite vrste mikroskopa za ispitivanje sonde, koje se razlikuju prvenstveno s obzirom na interakciju sonde i uzorka. Polazna točka bila je skenirajuća tuneloska mikroskopija koja je 1982. prvi put omogućila atomsko razlučivi prikaz električno provodljivih površina. Tijekom sljedećih godina razvili su se brojne druge metode skeniranja mikroskopom.

Pomoću skenirajućeg tunelirajućeg mikroskopa primjenjuje se napon između površine uzorka i vrha. Struja tunela mjeri se između uzorka i vrha, kojih također nije dopušteno dodirivati. 1984. godine pojavila se optička mikroskopija u blizini polja. Ovdje se svjetlost šalje kroz uzorak iz sonde. U mikroskopu atomske sile sonda se odbija u atomskim silama. Obično se koriste takozvane van der Waalsove snage. Odbojnost sonde ima proporcionalan odnos prema sili, koja se određuje prema konstanti opruge sonde.

Mikroskopija atomske sile razvijena je 1986. godine. U početku su mikroskopi atomske sile radili na osnovi vrha tunela koji djeluje kao detektor. Taj vrh tunela određuje stvarnu udaljenost između površine uzorka i senzora. Ova tehnologija koristi napon tunela koji postoji između stražnje strane senzora i detekcijskog vrha.

Danas je ta metoda uvelike zamijenjena principom detekcije, s otkrivanjem pomoću laserskog snopa koji djeluje kao pokazivač svjetla. To je također poznato kao laserski sile mikroskop. Osim toga, razvijen je mikroskop s magnetskom silom u kojem magnetske sile između sonde i uzorka služe kao osnova za određivanje izmjerenih vrijednosti.

Godine 1986. razvijen je i termički mikroskop za skeniranje, u kojem sićušni senzor funkcionira kao skenirajuća sonda. Postoji i takozvano optičko skeniranje mikroskopa blizu polja, pri čemu se interakcija sonde i uzorka sastoji od evanescentnih valova.

Struktura i funkcionalnost

U principu, sve vrste mikroskopa za ispitivanje imaju zajedničko to da skeniraju površinu uzorka u mreži. Koristi se interakcija između sonde mikroskopa i površine uzorka. Ova interakcija razlikuje se ovisno o vrsti mikroskopa za ispitivanje. Sonda je ogromna u usporedbi s uzorkom koji se ispituje, a ipak može odrediti sitne površinske značajke uzorka. U tom je trenutku posebno važan prednji atom na vrhu sonde.

Pomoću skenirajuće mikroskopije mogu se postići razlučivosti do 10 pikometra. Za usporedbu: veličina atoma je u rasponu od 100 pikometara. Točnost svjetlosnih mikroskopa ograničena je valnom duljinom svjetlosti. Iz tog razloga, samo su razlučivosti od oko 200 do 300 nanometara s ovom vrstom mikroskopa. To odgovara otprilike polovini valne duljine svjetlosti. Stoga se elektronski snopovi umjesto svjetlosti koriste u skenirajućem elektronskom mikroskopu. Povećavanjem energije valna duljina teoretski se može učiniti što kraćim. Međutim, premala valna duljina uništila bi uzorak.

Medicinske i zdravstvene beneficije

Uz pomoć mikroskopa za sondiranje nije moguće samo skenirati površinu uzorka. Umjesto toga, pojedinačni atomi također se mogu ukloniti iz uzorka i ponovo pohraniti na određeno mjesto.

Od ranih 1980-ih razvoj mikroskopije za skeniranje brzo napreduje. Nove mogućnosti poboljšanja razlučivosti daleko manjih od mikrometra bile su ključni preduvjet za napredak u nanoznanostima i nanotehnologiji, a to se naročito događalo od 1990-ih.

Na temelju osnovnih metoda skeniranja mikroskopije danas se dijele brojne druge pod-metode. One koriste različite vrste interakcije između vrha sonde i površine uzorka.

Skeniranje mikroskopa igra ključnu ulogu u istraživačkim područjima kao što su nanokemija, nanobiologija, nanobiokemija i nanomedicina. Skenirani mikroskopi se čak koriste za istraživanje drugih planeta poput Marsa.

Skeniranje mikroskopa koristi se posebnom tehnikom pozicioniranja koja se temelji na takozvanom piezo efektu. Uređaj za pomicanje sonde upravlja računalom i omogućava visoko precizno pozicioniranje. To omogućuje kontrolirano skeniranje površina uzoraka, a rezultate mjerenja kombinirati u ekran s iznimno visokom razlučivosti.