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3.3G: Rastersondenmikroskopie - Biologie

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Lernziele

  • Beschreiben Sie die verschiedenen Arten von Rastersondentechniken und ihre Vorteile gegenüber anderen Arten der Mikroskopie

3D-Bilder

Scanned-Probe-Mikroskopie (SPM) erzeugt in Echtzeit stark vergrößerte und dreidimensional geformte Bilder von Proben. SPM verwendet eine empfindliche Sonde, um die Oberfläche der Probe zu scannen, wodurch die Einschränkungen beseitigt werden, die in der Elektronen- und Lichtmikroskopie zu finden sind. SPM umfasst mehrere verwandte Technologien zur Abbildung und Vermessung von Oberflächen im feinen Maßstab bis hin zur Ebene von Molekülen und Atomgruppen.

Ein Scan kann eine Strecke von über 100 Mikrometern in x- und y-Richtung und 4 Mikrometer in z-Richtung zurücklegen. SPM-Technologien teilen das Konzept, eine scharfe Sondenspitze mit einem kleinen Krümmungsradius über die Objektoberfläche zu scannen. Die Spitze ist auf einem flexiblen Cantilever montiert, sodass die Spitze dem Oberflächenprofil folgen kann. Bewegt sich die Spitze in die Nähe des untersuchten Objekts, beeinflussen Wechselwirkungskräfte zwischen der Spitze und der Oberfläche die Bewegung des Cantilevers. Selektive Sensoren erkennen diese Bewegungen. Abhängig von der Mechanik der Sonde können verschiedene Wechselwirkungen untersucht werden.

Es gibt drei gängige Scanning-Sondentechniken: Rasterkraftmikroskopie (AFM) misst die Wechselwirkungskraft zwischen Spitze und Oberfläche. Die Spitze kann über die Oberfläche gezogen werden oder bei der Bewegung vibrieren. Die Wechselwirkungskraft hängt von der Beschaffenheit der Probe, der Sondenspitze und dem Abstand zwischen ihnen ab. SCanning Tunneling Mikroskopie (STM) Maßnahmen a schwacher elektrischer Strom zwischen Spitze und Probe fließen, wenn sie auseinander gehalten werden. Optische Nahfeld-Scanning-Mikroskopie (NSOM) scannt ein sehr kleine Lichtquelle sehr nah an der Probe. Die Detektion dieser Lichtenergie bildet das Bild.

Wichtige Punkte

  • Die Rastersondenmikroskopie hat es Forschern ermöglicht, mit einer Sonde Bilder von Oberflächen im Nanometerbereich zu erstellen.
  • Die Sonde hat eine extrem scharfe Spitze, die mit der Oberfläche der Probe interagiert.
  • Es gibt mehrere Variationen der Rastersondenmikroskopie, von denen Rasterkraftmikroskopie, Rastertunnelmikroskopie und optische Nahfeldrastermikroskopie am häufigsten verwendet werden.

Schlüsselbegriffe

  • Mikrometer: Eine SI/MKS-Maßeinheit, die Länge von einem Millionstel Meter. Symbole: µm, um, rm

3.3G: Rastersondenmikroskopie - Biologie

Die frühen Pioniere der Mikroskopie öffneten ein Fenster in die unsichtbare Welt der Mikroorganismen. Aber die Mikroskopie entwickelte sich in den folgenden Jahrhunderten weiter. 1830 schuf Joseph Jackson Lister ein im Wesentlichen modernes Lichtmikroskop. Im zwanzigsten Jahrhundert wurden Mikroskope entwickelt, die unsichtbares Licht nutzten, wie die Fluoreszenzmikroskopie, die eine ultraviolette Lichtquelle verwendet, und die Elektronenmikroskopie, die kurzwellige Elektronenstrahlen verwendet. Diese Fortschritte führten zu erheblichen Verbesserungen bei Vergrößerung, Auflösung und Kontrast. Im Vergleich dazu waren die relativ rudimentären Mikroskope van Leeuwenhoeks und seiner Zeitgenossen weit weniger leistungsstark als selbst die einfachsten heute verwendeten Mikroskope. In diesem Abschnitt geben wir einen Überblick über das breite Spektrum der modernen Mikroskopietechnik und die gängigen Anwendungen für jeden Mikroskoptyp.


Rastersondenmikroskop (SPM)

Die Rastersondenmikroskop bietet Forschern bildgebende Werkzeuge für die Zukunft, da diese spezialisierten Mikroskope eine hohe Bildvergrößerung für die Beobachtung von dreidimensionalen Proben bieten.

Dies liefert nicht nur verbesserte Bilder, sondern auch Probeneigenschaften, Reaktion und Reaktion oder Nicht-Aktion, wenn Proben stimuliert oder berührt werden.

Geschichte

In einem IBM Forschungslabor in Zürich, Schweiz, führten Dr. Gerd K. Binning und Dr. Heinrich Rohrer die erste erfolgreiche rastertunnelmikroskopische Beobachtung auf atomarer Ebene durch.

Rohrer und Binning erhielten 1986 den Nobelpreis für Physik für ihre Arbeit, die Rastersondenmikroskop-Technologie vom Reißbrett ins Labor zu bringen.

Scanning-Sonden-Technologie auf mikroskopischer Ebene findet man heute sowohl in akademischen als auch in industriellen Laboratorien, einschließlich Physik, Biologie, Chemie und sind heute Standardanalysewerkzeuge für Forschung und Entwicklung.

SPM-Technologie

Die Möglichkeit, eine Probe in drei Dimensionen in Echtzeit zu beobachten und Proben durch Anlegen eines elektrischen Stroms mit einer physikalischen Wechselwirkung mit der Spitze der Sonde zu manipulieren, hat ein unglaubliches Potenzial für die Forschung.

Das Betrachten einer Probe in einer Vielzahl von Umgebungen ist der Grund, warum Rastersondenmikroskope, SPMs, so weit verbreitet sind.

Proben können jetzt auf Nanometerebene betrachtet werden, und statt Lichtwellen oder Elektronen verwenden SPMs eine empfindliche Sonde, um die Oberfläche einer Probe zu scannen, wodurch viele der Einschränkungen beseitigt werden, die Lichtwellen oder Elektronenbildgebung haben.

Wie funktioniert ein Rastersondenmikroskop?

Das Abtasten der Oberfläche einer Probe erfolgt mit einer scharfen, elektrisch geladenen Sonde, ähnlich wie ein alter Plattenspieler den Klang durch eine Nadel erzeugt, die den Rillen einer LP folgt.

Im Gegensatz zu einer Plattenspielernadel berührt die SPM-Sonde die Oberfläche nicht, sondern verfolgt die Probe Nanometer über der Oberfläche.

Außerdem kann die Sonde verwendet werden, um mit einer Probe zu interagieren, sodass Forscher beobachten können, wie eine Substanz auf elektrische Ströme reagiert oder abgelenkt wird. Da die SPM-Technologie in einer Vielzahl von Umgebungen eingesetzt werden kann, können auch nicht leitfähige Proben manipuliert und beobachtet werden.

Die Entwicklung von Rastersondenmikroskopen hat die Entwicklung spezialisierter Mikroskope ermöglicht, darunter:

Rastertunnelmikroskope

Die Rastertunnelmikroskope Verwenden Sie einen piezoelektrisch geladenen Draht, einen sehr kleinen Raum zwischen dem geladenen Draht und der Oberfläche und der Probe, um verbesserte Bilder der Probe zu erzeugen.

Der geladene Draht zwingt Energie durch den kleinen Raum und auf die Probe, wo der Strom auf die Oberfläche der Probe trifft und abfällt.

Dieser Zerfall wird gemessen und aus den gesammelten Informationen wird ein hochauflösendes Bild erzeugt.

Die Tunnelmikroskopie ermöglicht die Erzeugung von Abbildungen auf atomarer Ebene und es können verschiedene Arten von Informationen erhalten werden, indem die Umgebung verändert wird, in der die Probe beobachtet wird, wie beispielsweise eine gasförmige Umgebung, ein Vakuum oder eine flüssige Umgebung.

Rasterkraftmikroskopie

Rasterkraftmikroskopie verwendet einen Cantilever mit einer scharfen Sonde, die die Oberfläche der Probe abtastet und eine Auflösung ermöglicht, die Sie in Bruchteilen eines Nanometers messen können, dh die Oberfläche eines Objekts "fühlen", um ein visuelles Bild zu erzeugen.

Die Flexibilität dieser Mikroskoptypen ermöglicht zusätzliche spezialisierte Instrumente, einschließlich des optischen Nahfeld-Scanning-Mikroskops, das optische Fasern verwendet, um Proben zu stimulieren.

Vorteile der SPM-Technologie

Rastersondenmikroskopie bietet Forschern eine größere Vielfalt an Probenbeobachtungsumgebungen unter Verwendung desselben Mikroskops und derselben Probe, wodurch die Zeit verkürzt wird, die für die Vorbereitung und Untersuchung von Proben erforderlich ist.

Spezialisierte Sonden, Verbesserungen und Modifikationen an Rastersondeninstrumenten liefern weiterhin schnellere, effizientere und aufschlussreichere Probenbilder mit geringem Aufwand und Modifikationen.

Nachteile der SPM-Technologie

Leider besteht einer der Nachteile von Rastersondenmikroskopen darin, dass Bilder in Schwarzweiß oder Graustufen erzeugt werden, was unter Umständen die tatsächliche Form oder Größe einer Probe übertreiben kann.

Computer werden verwendet, um diese Übertreibungen zu kompensieren und Echtzeit-Farbbilder zu erzeugen, die den Forschern Echtzeitinformationen liefern, einschließlich Wechselwirkungen innerhalb von Zellstrukturen, harmonischen Reaktionen und magnetischer Energie.

SPM-Technologieentwicklung

Da die Forscher die Fähigkeiten von Rastersondenmikroskopen weiter verbessern und erweitern, wird die technologische Entwicklung bessere Beobachtungsgeräte, verbesserte Datenanalyse- und Verarbeitungsgeräte umfassen.

Darüber hinaus wird die Mikromanipulation von Molekülen, DNA, biologischen und organischen Proben mit diesen Präzisionsinstrumenten zu einem besseren Verständnis und neuen Methoden führen für:

Rastersondenmikroskope haben die Mikroskopieforschung in vielerlei Hinsicht verbessert, so wie die Erfindung des Mikroskops die Welt verbessert hat.

Im Zuge der Weiterentwicklung von SPMs werden immer spezialisiertere Instrumente entwickelt, die neue Wege für Forschung und Entwicklung eröffnen. Umso faszinierender wird das Feld der Nanotechnologie.

Für weitere Informationen folgen Sie bitte den untenstehenden Links.

Rasterkraftmikroskop - verwendet einen Ausleger mit einer scharfen Sonde, die die Oberfläche der Probe scannt und eine Auflösung ermöglicht, die Sie in Bruchteilen eines Nanometers messen können. Das ist eine ernsthafte Auflösung!

Rastertunnelmikroskop - wird häufig in der Grundlagen- und Industrieforschung verwendet und bietet ein dreidimensionales Profil einer Oberfläche mit mikroskopischen Eigenschaften zu Ihrem Erstaunen.

Nanonics Optometronic 4000 - Unternehmen wie Nanonics sind führend bei SPM-Technologien und bieten Forschern weiterhin Systeme mit bisher unvorstellbarem Potenzial. Sehen Sie sich diese Systemkombination der leistungsstärksten und vielseitigsten verfügbaren Geräte an.


Abstract-Einreichungen

Die Organisatoren begrüßen die Einreichung von technischen Abstracts für mündliche oder Posterpräsentationen auf der i(SPM) 2021 3 . Bitte verwenden Sie die beigefügte Vorlage, um Ihre 1-seitigen Abstracts zu erstellen:

Abstract-Einreichung für ISPM3 2021 ist eröffnet!

Abstracts fällig am 9. April 2021

Einsendungen zu allen Formen von SPM-Techniken, Instrumentierung und Anwendung sind willkommen. Spezifische Zielbereiche umfassen, sind aber nicht beschränkt auf:


Rastersondenmikroskopie in der Chemie

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3.3G: Rastersondenmikroskopie - Biologie

Nanonics produziert einzigartige freitragende Pt-Thermowiderstandssonden. Diese Sonde verfügt über alle Fähigkeiten der AFM-Sonde mit der Fähigkeit, Schwankungen der Temperatur und Wärmeleitfähigkeit auf der Probenoberfläche abzubilden. Die Nanomer-Spitzengröße und die schnelle Reaktionszeit ermöglichen eine hochauflösende AFM/Thermal-Abbildung.

Klicken Sie hier für weitere Informationen zu Sonden und zur Bestellung

Es gibt zwei Hauptmodi des thermischen Widerstandssondenbetriebs:
  • Temperaturkontrastmodus: In diesem Modus wird das Widerstandselement der thermischen Widerstandssonde von Nanonics als Pt-Widerstandsthermometer verwendet. Die Temperatur der Thermosonde ändert sich, wenn die Spitze die Oberfläche entsprechend der Oberflächentemperatur abtastet. Eine Änderung der Temperatur des Pt-Drahts führt zu einer Änderung seines Widerstands. Der im Temperaturkontrastmodus durch die Sonde geleitete Strom wird so klein eingestellt, dass keine Eigenerwärmung der Sonde auftritt.
  • Wärmeleitfähigkeits-Kontrastmodus: Im Wärmeleitfähigkeits-Kontrastmodus wird das Widerstandselement der Nanonics Thermal Resistive Probe als Widerstandsheizung verwendet. Der durch den Pt-Draht geleitete Konstantstrom ist signifikant und daher ist die Sondentemperatur viel höher als die Probentemperatur. Wenn die Sonde die Probe berührt, fließt Wärme von der Sonde zur Probe, was zur Abkühlung der Sonde führt.

Sondendesign

Eine freitragende Doppeldraht-Glassonde wurde für mikrothermische, spezifische Widerstands- und topographische Messungen mit gescannter Sonde hergestellt. Die Struktur hat viele potenziell einzigartige Eigenschaften für die Rastersondenmikroskopie und andere nanotechnologische Messungen. Eine Doppel-Pt-Drahtsonde wurde an der Spitze verschmolzen und für thermische Widerstandsmessungen verwendet. Der Sondenbetrieb basiert auf der linearen Abhängigkeit des Pt-Widerstands von der Temperatur.

Hauptmerkmale

HOHE EMPFINDLICHKEIT

Die thermische Widerstandssonde hat eine hohe Empfindlichkeit und Reaktionszeit im Mikrosekundenbereich aufgrund der nanometrischen Größe des Pt-Thermoübergangs.

AUSGEFÜHRTE THERMISCHE SPITZE FÜR DIE OPTISCHE INTEGRATION

Bietet vollständigen optischen Zugang von oben und unten für die vollständige Integration mit optischen Mikroskopen, Raman-Spektrometern und ermöglicht so die Kombination von thermischer Charakterisierung mit optischer und spektraler Kartierung.

MULTIPROBE-FUNKTIONEN

Die freitragende Form und die freiliegende Spitze ermöglichen es, die Spitzen der thermischen Widerstandssonde und der Sonde für andere SPM-Methoden (AFM, NSOM, Conductive und Nanoheater) innerhalb eines nanometrischen Abstands zueinander zu bringen. Die Multisonden-Fähigkeiten ermöglichen die Untersuchung von Wärmetransporteigenschaften als Funktion optischer, elektrischer und anderer Wirkungen auf nanoskaliger Ebene.


Nanonics gratuliert den Chemie-Nobelpreisträgern 2014!

Das gesamte Nanonics-Team gratuliert Dr. Eric Betzig und seinen Mitempfängern Professor Stefan Hell und Professor William Moerner ganz herzlich zur Verleihung des Chemie-Nobelpreises 2014 für die Entwicklung der superauflösenden Fernfeld-Fluoreszenzmikroskopie. Dr. Betzig wurde in seinem Doktoratsstudium in den 1980er Jahren an der Cornell University bei Professor Aaron Lewis, dem Gründer von Nanonics, der das Gebiet der Nahfeldoptik begonnen hatte, mit der Suche nach dem Brechen der Abbe-Beugungsgrenze der Auflösung in der optischen Bildgebung vertraut gemacht. Die Nahfeldoptik bei Cornell hat diese Grenze der optischen Auflösung durch die Doktorarbeit von Alec Harootunian und Eric Betzig auf einem damals neuen Gebiet der Bildgebungswissenschaft endgültig durchbrochen.

Als Eric Betzig dem Labor beitrat, hatte Prof. Lewis gezeigt, dass Licht mit großer Effizienz durch Öffnungen von nur 30 nm übertragen wurde, jenseits dessen, was klassischerweise durch Berechnungen elektromagnetischer Felder vorhergesagt wurde [A. Lewis, M. Isaacson, A. Harootunian und A. Murray, "Entwicklung eines Lichtmikroskops mit einer räumlichen Auflösung von 500 ֵ: Licht wird effizient durch Lambda/16-Durchmesser-Aperturen übertragen", Ultramicroscopy 13, 227 (1984)]. Diese Öffnungen, die sogar fluoreszierendes Licht passieren ließen, waren durch die damals in Cornell von Professor Michael Isaacson entwickelten aufkommenden Techniken der Elektronenstrahllithographie hergestellt und nachweisbar charakterisiert worden.

In dieser Zeit entwickelte Alec Harootunian im Lewis-Labor auch das heute weit verbreitete thermische Ziehen von Glas für optische Nahfeldsonden und demonstrierte zusammen mit Eric Betzig das Brechen der Beugungsgrenze auch für die Fluoreszenzbildgebung [A. Harootunian, E. Betzig, M.S. Isaacson und A. Lewis, "Superresolution Fluorescence Near-Field Scanning Optical Microscopy (NSOM)," Appl. Phys. Lette. 49, 674 (1986)] eine Auflösung in der Größenordnung von 100 nm erreicht.

Eric Betzig (links), Alec Hartoonian (Mitte) und Prof. Aaron Lewis (rechts) im Lewis-Labor der Cornell University, 1983.

Zusammen mit dem oben Gesagten führte Eric Betzig die erste theoretische Simulation dessen durch, was im Nahfeld eines optischen Nahfeldmikroskops zu erwarten wäre [E. Betzig, A Harootunian, A. Lewis und M. Isaacson, "Near-Field Diffraction from a Slit: Implications for Superresolution Microscopy", Applied Optics 25, 1890 (1986)] und war der erste Autor in der Veröffentlichung, in der der Begriff Die optische Nahfeld-Scanning-Mikroskopie (NSOM) wurde geprägt [E. Betzig, A. Lewis, A. Harootunian, M. Isaacson und E. Kratschmer, "Near-Field Scanning Optical Microscopy (NSOM): Entwicklung und biophysikalische Anwendungen", Biophys. J. 49, 269 (1986)]. Er war auch an den kommerziellen Ergebnissen dieser Forschung beteiligt und ist als Mitautor in einem der ersten Nahfeldpatente aufgeführt [Aaron Lewis, Michael Isaacson, Eric Betzig und Alec Harootunian &ldquoNahfeld-Scanning-Optikmikroskopie&rdquo (US 4917462A, 1990)].

Eric Betzig war ein wichtiges Mitglied des Teams in der bahnbrechenden Rolle des Lewis-Labors in der Nahfeldoptik, das die Beugungsgrenze in X, Y und Z in allen Modi der Lichtwechselwirkung mit Materie durchbrochen hat, sei es Fluoreszenz, Absorption, Sammlung oder Beleuchtung. Darüber hinaus bleibt die Nahfeldoptik heute die einzige optische Technik, die nicht nur die Abbe-Beugungsgrenze in 3 Dimensionen durchbricht, sondern auch die Phase der optischen Welle parallel liefern kann und gleichzeitig eine vollständige Korrelation der optischen Eigenschaften eines Materials mit seiner 3D-Struktur ermöglicht . Es ist auch entscheidend, dass es die einzige Technik ist, die in der Lage ist, evaneszente Nahfeldwellen abzubilden, die in jedem Fernfeldbild verloren gehen.

Nanonics&rsquo setzt dieses Bestreben fort, die Superauflösungs- und Phasenaspekte der Bildgebung in allen Bereichen des elektromagnetischen Spektrums vollständig zu berücksichtigen. Dies ist sicherlich im Nahfeld der Fall, aber wie kürzlich gezeigt wurde, ermöglichen Nanonik-Systeme durch effektives Design von Rasterkraft-/Nahfeld-Optiksystemen für eine transparente optische Integration, die Grenzen der Fernfeld-Bildgebungswissenschaft zu erweitern. Ein Beispiel dafür ist das Zusammentreffen von Fernfeld-Phaseninterferenz mit dem Licht, das von einer Nahfeldquelle emittiert wird, die mit AFM-Präzision an einer Position auf einer Probe platziert wird. Dieser Fortschritt ermöglicht nun die parallele Auflösung der 3D-Fernfeldphase eines Objekts unter Verwendung einer CCD-Kamera mit paralleler schneller Datenerfassung [Danielle R. Honigstein, Jacques Weinroth, Michael Werman und Aaron Lewis, &ldquoNoniterative Exact Solution zum Phasenproblem in der optischen Bildgebung, implementiert mit Rastersondenmikroskopie,&rdquo ACSNano doi.org/10.1021/nn203427z (2011)]. Die Technik hat auch im Fernfeld Super-Resolution-Potenzial.

Wir bei Nanonics sind sehr stolz auf unsere kontinuierliche Arbeit, die ursprünglich von Lewis zuerst an Cornell, dann an der Hebrew University of Jerusalem und natürlich auch bei Nanonics initiiert wurde, wo hochmoderne Scanned-Probe-Mikroskope für transparente NSOM entwickelt wurden, einschließlich bahnbrechender Multisonden-AFM/ NSOM-Technologie. Durch dieses Engagement für hochauflösende optische und strukturelle Bildgebung sind Hunderte von Labors auf der ganzen Welt in der Lage, strukturell korrelierte Nahfeld- und Fernfeld-Informationen in Bereichen wie Siliziumphotonik, photonische Bandlückenmaterialien, Plasmonik, organische und anorganische Materialwissenschaften zu erhalten , und neuerdings in biologischen Materialien [V. Dalal, M. Bhattacharya, D. Narang, P.K. Sharma & S. Mukhopadhyay "Nanoscale Fluorescence Imaging of Single Amyloid Fibrilles". J.Phys. Chem.-Nr. Lette. 3, 1783 (2012)]

Unsere engagierten und erfahrenen Mitarbeiter gehen immer weiter, um die genauesten, empfindlichsten und hochauflösendsten Instrumente auf den Markt zu bringen. Die Bedeutung dieser Bemühungen wird unterstrichen durch die diesjährige Verleihung des Nobelpreises für Chemie an Dr. Lewis, dem Gründer von Nanonics Imaging.


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3.3G: Rastersondenmikroskopie - Biologie

Nationales Biomedizinisches Zentrum
für fortgeschrittene Elektronenspin-Resonanz-Technologie

Unsere Forschung wird durch ein Stipendium des National Institute of General Medical Sciences (NIGMS) unterstützt, das zu den National Institutes of Health gehört.


Scanned-Probe-Detektion der Elektronenspinresonanz von einer Nitroxid-Spinsonde

Wir haben einen Ansatz entwickelt, der die Anwendbarkeit der ultrasensitiven Kraftgradientendetektion der Magnetresonanz auf Proben mit Spin-Gitter-Relaxationszeiten (T1) so kurz wie eine einzelne Auslegerperiode. Um die Allgemeingültigkeit des Ansatzes zu demonstrieren, der auf der Detektion von Cantilever-Frequenz oder -Phase beruht, haben wir ihn verwendet, um Elektronenspinresonanzen von a . zu detektieren T1 = 1 ms Nitroxid-Spinsonde (vgl. Abbildung) in einem dünnen Film bei 4,2 K und 0,6 T. Mit einem speziell angefertigten Cantilever mit einer Nickelspitze von 4 &mgr;m Durchmesser erreichen wir eine Magnetresonanzempfindlichkeit von 410 Bohr-Magnetonen bei einer Bandbreite von 1 Hz . Unsere Theorie hierfür sagt quantitativ sowohl die Linienform als auch die Größe der beobachteten Cantilever-Frequenzverschiebung als Funktion des Felds und des Cantilever-Probeabstands voraus. Es wurde eine gute Übereinstimmung zwischen Nitroxid T1wird mechanisch und induktiv gemessen, was darauf hindeutet, dass der Auslegermagnet hier keine nennenswerte Quelle der Spin-Gitter-Relaxation ist. Wir schlagen vor, dass der neue Ansatz eine Reihe von Vorteilen hat, die ihn gut geeignet machen, um die Magnetresonanzdetektion und die Bildgebung von Nitroxid-Spin-Markierungen in einem einzelnen Makromolekül auf Single-Spin-Sensitivität zu bringen. In der Abbildung unten zeigen wir das Schema des Elektronenspinresonanz-Experiments mit gescannter Sonde. Ein Mikrostreifenleiter-Halbwellenresonator liefert ein transversales Magnetfeld B1, schwingt mit 17,7 GHz. Im Zentrum des Resonators schwingt das Mikrowellenfeld in x-Richtung. Ein longitudinales Zeeman-Feld der Größe B0

0:6 T wird entlang der z-Achse angewendet. Der Cantilever mit hoher Nachgiebigkeit hat seine Längsachse entlang y und schwingt in x-Richtung. Die Nickelspitze des Cantilevers mit einem Durchmesser von 4 &mgr;m wurde von Hand befestigt. Die Probe ist ein 230 nm dicker Film aus 40 mM TEMPAMINE in perdeuteriertem Polystyrol, beschichtet mit 20 nm Gold. Der Probenfilm wurde auf einen 250 &mgr;m dicken Quarzwafer schleuderbeschichtet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind Probe und Substrat nicht maßstabsgetreu gezeichnet.


Ein vollständig digitaler Cantilever-Controller für MRFM- und Scanning-Probe-Mikroskopie mit kombiniertem DSP/FPGA-Design

SC Solutions, Sunnyvale, CA, Cornell University, Ithaca, NY, und das US Army Research Laboratory, Adelphi, MD, arbeiteten gemeinsam an der Entwicklung eines volldigitalen Cantilever-Controllers für die Magnetresonanzkraftmikroskopie (MRFM) mit einem kombinierten digitalen Signalprozessor (DSP .). )/ feldprogrammierbares Gate-Array-Design (FPGA). Einer der wesentlichen Vorteile des volldigitalen Cantilever-Controllers war das Fehlen von Temperaturdrift und die effektive Abstimmungsflexibilität. Der Controller bestand aus einem FPGA, das über eine Low-Latency-Schnittstelle mit einem analogen Eingang und einem analogen Ausgang verbunden ist, sowie einem DSP mit zusätzlichen analogen Ausgängen. Die Leistung des Controllers wurde in Untersuchungen mit ultraempfindlichen Silizium-Mikroauslegern demonstriert, die in der Nanoscale Science and Technology Facility der Cornell University hergestellt wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass der digitale MRFM-Controller funktionierte, ohne die genaue Resonanzfrequenz des Cantilevers kennen zu müssen.

UrspracheAmerikanisches Englisch)
Seiten12-16
Seitenzahl5
Volumen40
Nein8
Fachpublikation Amerikanisches Labor
Bundesland Veröffentlicht - 1. April 2008
Extern veröffentlichtJawohl