Rasterkraftmikroskop
Was ist ein Rasterkraftmikroskop?
Bei dem sogenannten Rasterkraftmikroskop, auch atomares Kraftmikroskop oder Atomkraftmikroskop (atomic force microscope, AFM) handelt es sich um ein Rastersondenmikroskop. Es wurde 1985 von Gerd Binning, Calvin Quate und Christoph Gerber entwickelt.
Jedes feste Material in Luft oder Flüssigkeiten kann mittels der Rasterkraftmikroskopie untersucht werden. Im Wasser oder Puffer ist dies ein großer Vorteil für biologische Proben, da diese nicht austrocknen und ihre Form erhalten bleibt. Informationen zur Oberflächenstruktur können im Nanometerbereich ermittelt werden.
Neben der Oberflächentopografie lassen sich physikalische Eigenschaften wie Festigkeit, Elastizität oder Magnetstärken einer Probe ermitteln.
Wie funktioniert ein Rasterkraftmikroskop?
Bei der Messung wird eine Feder (Cantelever), an der eine sehr kleine Nadel befindet, über eine Probenoberfläche bewegt. Die ermittelte Verbiegung der Feder wird durch einen Laser aufgenommen und in ein dreidimensionales, mikroskopisches Bild umgewandelt.
Der Cantelever verbiegt sich während des Scannens über der Oberfläche unterschiedlich stark. Diese Unterschiede sind ein Maß für zwischen der Spitze und der Oberfläche wirkende atomare Kräfte.
Diese Bewegung erfolgt Punkt für Punkt und Linie für Linie über einen Bereich von ca. 1 x 1 Mikrometer bis 100x100 Mikrometer (Scan). Die Feder wird dabei von sogenannten Piezoelementen geführt.
Das Rasterkraftmikroskop kann in verschiedenen Modi betrieben werden. Dazu gehören:
Kontakt-Modus
Die Messspitze steht in direktem Kontakt mit der zu analysierenden Probenoberfläche. Dabei kann sie geregelt oder ungeregelt sein.
Beim geregelten Kontakt-Modus dem sogennanten constant force mode wird die Feder mit einem Piezoelement so gelenkt, dass die Kraft zwischen der Spitze und der Probe gleich bleibt. Die Positionsänderung des Piezoelementes beinhaltet Informationen der Oberflächenstruktur der Probe.
Der ungeregelte Mode ist der constant height mode, der sehr gut für glatte, harte Oberflächen geeignet ist. Die Kräfte des Abtastens der Oberfläche werden größer je größer die Unebenheiten auf der Oberfläche sind.
Intermittierender Modus (Tapping-Mode)
Dieser Modus wird vor allem für empfindliche oder instabile Proben benutzt wie biologische Proben. Auch können Proben in einer Flüssigkeit untersucht werden. Beim Intermettierenden oder Tapping-Modus wird die Anregung außerhalb bei einer festen Frequenz nahe der Resonanzfrequenz der Feder festgelegt. Die Resonanzfrequenz der zwischen der Spitze der Feder und der zu untersuchenden Probenoberfläche verändert sich durch Wechselwirkungskräfte.
Dieser Modus berührt die Probe nicht und ist damit eine schonende Methode für empfindliche Proben. Viele Scans mit derselben Feder sind möglich.
Das Rasterkraftmikroskop im Einsatz
Die folgenden Bilder zeigen verschiedene Bakterien, die mit dem AFM abgescannt wurden. Die Auflösung ist sehr hoch und man kann sehr schön die Oberflächenstruktur erkennen und Unterschiede feststellen.
Hier liegen die Schwerpunkte der Messungen.
Durch ein Interface dem HD-Mode ist es zusätzlich möglich bei jeder einzelnen Punktmessung weitere Informationen während des Scannes zu erhalten.
Eines davon ist zB das Young´s Modules, das Elastizitätzmodul, welches Auskunft über die Festigkeit der Bakterien geben kann.
Wer nutzt das Rasterkraftmikroskop?
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, Doktorandinnen und Doktoranden, Technikerinnen und Techniker der Abteilung Biogeochemie, Marmic-Studierende während der Lab-Rotation oder auch Gaststudierende.
Kontakt
Gruppenleiterin
Forschungsgruppe Treibhausgase
MPI für Marine Mikrobiologie
Celsiusstr. 1
D-28359 Bremen
Deutschland
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3128 |
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Telefon: |
Technikerin
MPI for Marine Microbiology
Celsiusstr. 1
D-28359 Bremen
Germany
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