Отчет по лабораторной работе должен включать: Теоретическую часть (ответы на контрольные вопросы)




Скачать 337.57 Kb.
НазваниеОтчет по лабораторной работе должен включать: Теоретическую часть (ответы на контрольные вопросы)
страница2/2
Дата05.03.2013
Размер337.57 Kb.
ТипОтчет
1   2

Полуконтактный метод работы

В этом методе работы взаимодействие зонда и образца осуществляется в области действия сил притяжения.

Обычно для полуконтактного метода используются жесткие I-образные кремниевые кантилеверы с константой жесткости k=10100 Н/м.

При использовании полуконтактного метода на z-секцию пьезосканера подается переменное напряжение (Рис.  8 -8), которое вызывает изменение ее геометрических размеров. Частоту переменного напряжения выбирают равной собственной частоте колебаний кантилевера (лежащей обычно в пределах 150250 кГц, амплитуда колебаний при этом составляет несколько десятков ангстрем). Вследствие этого кантилевер колеблется над образцом с резонансной частотой 0:

,

где m – масса системы зонд-кантилевер, k - силовая константа


При приближении зонда к поверхности образца характер колебаний кантилевера изменяется, наличие градиента силы взаимодействия зонд-образец приводит к изменению резонансной частоты колебаний кантилевера. В области сил притяжения это приводит к смещению амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) колебаний кантилевера влево по сравнению с АЧХ, измеренной вдали от поверхности (Рис.  8 -8). Так как частота вынуждающих колебаний кантилевера поддерживается постоянной и равной частоте колебаний в свободном состоянии 0, то при приближении зонда к поверхности амплитуда колебаний свободного конца кантилевера уменьшается. Эта амплитуда колебаний регистрируется с помощью оптической системы и может быть определена по относительному изменению переменной освещенности верхней и нижней половинок фотодетектора. Далее с помощью синхронного детектора 7 выделяется постоянный сигнал V(t), пропорциональный амплитуде колебаний кантилевера при сканировании. При этом на синхронный детектор 7 подается синхросигнал от генератора напряжения, подающегося на сканер, чтобы раскачивать кантилевер с его резонансной частотой (см. Рис.  8 -9).



Рис. 8 8. Изменение частоты колебаний кантилевера
при приближении к поверхности образца




Рис. 8 9. Схема сканирующего атомно-силового микроскопа
при полуконтактном методе работы
Обозначения: 1 – зонд; 2 – кантилевер; 3 – сканер; 4 – источник переменного напряжение;
5 – лазер; 6 – четырехсекционный фотодетектор; 7 – синхронный детектор;
8 – компаратор; 9 – электронная цепь обратной связи


Компаратор 8 сравнивает текущий сигнал в цепи регистрирующего устройства с изначально заданным сигналом Vопорное (характеризующим силу взаимодействия зонд-образец) и, при его отклонении от величины Vопорное вырабатывает корректирующий сигнал Vкорр. Степень взаимодействия зонда с образцом поддерживается постоянным за счет приближения и отвода зондового датчика от поверхности системой обратной связи 9. Обратная связь отрабатывает изменение положения зонда, управляя пьезоприводом таким образом, чтобы сила взаимодействия зонд-образец была постоянной. Сигнал о высоте Z в каждой точке изображения (x, y) берется из канала Z-пьезопривода.

Этот метод идеален для сканирования с высоким разрешением мягких и "липких" образцов (полимеры, клетки, биологические молекулы) или слишком твердых образцов, т.к. контакт с твердой поверхностью может привести к затуплению или поломке зонда.


Метод отображения фазового контраста

Одновременно с регистрацией изменения амплитуды колебаний зонда, отражающей рельеф поверхности исследуемого образца, возможно и детектирование изменения фазы колебаний.

Когда в процессе колебаний кончик зонда касается поверхности образца, он испытывает влияние не только отталкивающих, но и адгезионных, капиллярных и ряда других сил. В результате взаимодействия зонда с поверхностью образца происходит сдвиг не только частоты, но и фазы колебаний. Если отдельные участки поверхности имеют, например, различные адсорбционные свойства, то изображение будет иметь дополнительный контраст, зависящий от природы материала образца на различных участках. Он проявляется в изменении фазы колебаний зонда. Поскольку детектирование фазы колебаний происходит одновременно с получением рельефа поверхности, то из сравнения амплитудного и фазового изображения можно получить информацию о фазовом составе образца. На Рис.  8 -10 представлено изображение поверхности титанового зубного имплантанта и изображение, полученное по методу отображения фазового контраста. Из картины фазового состава можно заметить, что поверхность титана имеет пористую структуру, что необходимо для прорастания костной ткани в имплантант.




Рис. 8 10. Рельеф поверхности (справа) и картина фазового состава (слева)
участка титанового зубного имплантанта


Метод фазового контраста позволяет получать ценную информацию в широкой области применений, в некоторых случаях отображая неочевидные контрасты свойств материалов. Этот метод используется, например, для исследований биологических объектов, образцов с магнитными и электрическими характеристиками, и т.д.


Факторы, влияющие на СЗМ – изображение


Влияние геометрических параметров зонда на разрешение

Максимальная разрешающая способность СЗМ по каждой из осей X, Y, Z определяется различными факторами.


Разрешение по оси Z ограничивается:

  • чувствительностью оптической системы регистрации изгибов кантилевера;

  • амплитудой колебаний зонда относительно поверхности образца.



Максимальное разрешение в плоскости XY определяется, прежде всего, точностью позиционирования зонда. Важное значение имеют геометрические характеристики острия зонда. При сканировании атомарно плоских поверхностей разрешение ограничивается размером атома на самом кончике зонда (так называемый эффект последнего атома,
Рис.  8 -11). Таким образом, макроскопическая форма зонда не является определяющей для атомного разрешения.



Рис. 8 11. Эффект последнего атома


При выявлении же сравнительно больших деталей рельефа (Рис.  8 -12) качество изображений определяется геометрическими параметрами острия. Из них критическими являются: радиус закругления кончика зонда R и отношение диаметра основания зонда к его высоте L/W (Рис.  8 -13).



Рис. 8 12. Геометрические параметры зонда



Рис. 8 13. Искажение изображения профиля поверхности
вследствие конечной величины параметра L/W и радиуса закругления острия


Влияние свойств зонда

В атомно-силовом микроскопе сила взаимодействия зонд-образец измеряется по изгибу упругого кантилевера. Наиболее важными характеристиками кантилевера являются силовая константа (коэффициент жесткости) и резонансная частота. Силовая константа определяет величину силы взаимодействия между зондом и образцом при их непосредственном контакте, и, в свою очередь, определяется материалом, из которого изготовлен кантилевер, и его формой. Для контактного метода используются очень мягкие кантилеверы с очень малой силовой константой.

Жесткие кантилеверы (с большим значением силовой константы) для полуконтактного метода работы имеют большую резонансную частоту, чем мягкие. Резонансная частота зависит от размеров и материала кантилевера. Кантилеверы, используемые для АСМ, имеют резонансную частоту в диапазоне 15500 кГц.


Влияние адсорбционного слоя на поверхности образца на взаимодействие с СЗМ зондом

На воздухе поверхность образца всегда покрыта тонким слоем адсорбированных атомов. Этот слой состоит из воды и других компонентов воздуха, а также следов веществ, с которыми образец находился в контакте в процессе изготовления, загрязнений и т.п. Толщина слоя может меняться в пределах 250 нм в зависимость от многих обстоятельств, например, от влажности воздуха.

При соприкосновении кончика зонда с адсорбционным слоем возникает сильная притягивающая компонента силы вследствие капиллярного притяжения. Эффект капиллярного притяжения также очень сильно проявляется при отведении иглы от образца. Часто капиллярные силы в этом случае настолько крепко удерживают зонд вблизи поверхности, что скорее можно сломать кантилевер, чем оторвать зонд от образца (говорят, что образец “клейкий”).



Рис. 8 14. Взаимодействие зонда с адсорбционным слоем на поверхности образца


Форма кончика зонда также оказывает сильное влияние на характер взаимодействия зонда и адсорбционного слоя. Силы капиллярного взаимодействия сильнее проявляются в случае использования зондов с большим радиусом закругления R и малым отношением L/W. Напротив, острые зонды с малым R испытывают меньшее влияние капиллярных сил вследствие меньшей площади контакта с адсорбционным слоем, и их легче оторвать от поверхности.


Влияние материала образца

Материал образца также оказывает большое влияние на характер сил взаимодействия между зондом и поверхностью. Так, разные материалы имеют разные константы адсорбции и, следовательно, разную склонность к образованию адсорбционного слоя. Кроме того, некоторые материалы склонны накапливать статическое электричество, которое может оказывать значительное влияние на взаимодействие между иглой и поверхностью и существенно затруднять ACМ измерения.


Подготовка и исследование препарата на СЗМ

В данной работе предлагается использование сканирующей зондовой микроскопии для исследования микробиоценозов водных сред: водопроводной и дистиллированной воды.


Подготовка образца:

Пробы воды наливают в чашки Петри, на дно которых предварительно помещают чистые обезжиренные покровные стекла, экспозиция 1 - 2 недели. Чашки Петри закрывают и инкубируют при температуре от 17 до 22 С. Затем стекла вынимают, аккуратно промывают (несколько раз опуская препарат в стакан с дистиллированной водой) и высушивают.

Затем проводят обзорные сканирования в нескольких участках препарата, поскольку микробиота воды отличается чрезвычайным разнообразием.


I. Дистиллированная вода. На Рис.  8 -15, Рис.  8 -16 представлены обзорные сканированные изображения препаратов, полученных из дистиллированной воды при инкубации в течение 1 и 2 недель. По сравнению со стеклами, инкубированными в проточной воде, покровные стекла получились достаточно “чистыми”, отмечались локальные скопления микроорганизмов.



Рис. 8 15. Обзорное сканированное изображение препарата
полученного из дистиллированной воды.
Инкубация – 1 неделя




Рис. 8 16. Обзорное сканированное изображение препарата
полученного из дистиллированной воды.
Инкубация – 2 недели


Получив несколько обзорных сканированных изображений, мы заметили, что на препаратах из дистиллированной воды встречаются микроорганизмы 4-х типов:

  • микроорганизмы палочковидной формы с выростом;

  • кольцеобразные микроорганизмы, лежащие цепочками;

  • отдельно лежащие клетки правильной палочковидной формы;

  • вытянутые микроорганизмы спиралевидной формы.



Мы уменьшили размер области сканирования и просканировали каждый из интересующих нас микроорганизмов (таблица 1), после чего, используя инструменты программы NanoEducator определили размеры клеток:


Таблица 8 1



СЗМ-изображение

Форма

Средний размер микроорганизма

1



микроорганизмы палочковидной формы со слегка изогнутым выростом, плавно сужающимся и с «почкой» на конце

Вся клетка
0.8 ×7.5 мкм

диаметр простеки
450 мкм

2



кольцеобразные микроорганизмы, лежащие цепочками

От 1.3 до
 1.6 мкм


3



отдельно лежащие клетки правильной палочковидной формы

0.8 × 2 мкм

4



вытянутые микроорганизмы спиралевидной формы

0.5 × 13 мкм




Найденная в дистиллированной воде микробиота представлена преимущественно бактериальными формами. Для определения групповой и видовой принадлежности бактерий мы использовали определитель Берджи2 [Лит. 8 -3]. Поскольку с помощью сканирующего зондового микроскопа можно увидеть уникальные морфологические структуры бактерий и точно определить их размеры, то в классификации мы опирались преимущественно на бактериальную морфологию (форму и размеры бактерий). Кроме того, учитывалась среда обитания микроорганизмов и температурный режим (вода, бедная органическими соединениями, и температура от 17 до 22С).


На основании этих критериев получены следующие результаты:

1. Бактерии палочковидной формы с выростом, оканчивающимся «почкой». По форме эти клетки относятся в 13 группу “Почкующиеся или обладающие выростами бактерии”. Исходя из размеров бактериальной клетки и выроста, количества простек (палочковидный, плавно сужающийся к концу вырост без поперечных перетяжек) и среды обитания делаем вывод, что найденный микроорганизм принадлежит к виду Prostecobacter fusiformis: клетки имеют веретеновидные или вибриоидные формы, 0.50.9 × 25 мкм без учета выростов. Каждая клетка образует хотя бы одну полярную простеку. Простеки 0.1  0.2 мкм в диаметре, плавно сужаются от полюса клетки, но с утолщением на конце. Хорошо растут на среде, содержащей  0.1 % органического вещества. Температура роста от 1 до 40°С. Обнаруживаются в воде, почве и сточных водах.

У бактерии довольно интересная морфология (Рис.  8 -17).



Рис. 8 17. Рельеф поверхности Prostecobacter fusiformis

Для более подробного исследования структуры поверхности бактериальной клетки мы применили метод отображения фазового контраста. На фазово-контрастном изображении четко видно, что структура клеточной стенки является неоднородной



Рис. 8 18. Морфологические особенности клеточной стенки,
выявленные при использовании метода отображения фазового контраста

2. Микроорганизмы, изогнутые и замкнутые в характерные кольца, образующие цепочки по форме тела и диаметру завитка относятся к группе 3 “Неподвижные грамотрицательные изогнутые бактерии”. По определителю Берджи с учетом среды обитания эти бактерии принадлежат к видам Ancylobacter aquaticus или Runella slithyformis. Для более точной идентификации требуется применение дополнительных методов, например, биохимических тестов.


3. В результате исследований выявлены как уникальные для водной среды микроорганизмы (табл. 1: 1, 2), так и бактерии, встречающиеся в других средах обитания, например, входящие в состав нормальной микрофлоры человека или почвенные сапрофиты (табл. 1: 3). Интересным примером является бактерия (3), представляющая из себя делящуюся бактерию правильной палочковидной формы с отложениями запасенных питательных веществ на концах клеток, которые особенно четко идентифицируются при использовании метода фазового контраста (Рис.  8 -19).



Рис. 8 19. Фазово-контрастное изображение бактериальной клетки.
На полюсах хорошо идентифицируются отложения питательных веществ

Поскольку бактерии не являются уникальными для водной среды, и размеры их могут подходить к большому количеству групп, перечисленных в определителе Берджи, то для групповой, родовой и видовой классификации бактерий требуется проведение многочисленных дополнительных исследований (например, окраску по Грамму, биохимические тесты и т.д.)


4. Вытянутые микроорганизмы спиралевидной формы относятся к группе “Спирохет”. Верхним покровом спиралевидной клетки служит многослойная наружная мембрана, покрывающая протоплазматический цилиндр – цитоплазму с ядерной оболочкой, окруженную цитоплазматической мембраной и клеточной стенкой. Вокруг спирально закрученного протоплазматического цилиндра обвиты периплазматические жгутики. Жгутики служат компонентами двигательного аппарата клетки. В отличие от жгутиков других бактерий, периплазматические жгутики спирохет обвиты вокруг тела клетки и, будучи окружены наружной мембраной, локализованы полностью внутри клетки.

Исходя из формы и размера клетки, найденный микроогранизм можно причислись к Spirocheta plicatilisспиралевидным клеткам диаметром 0.2  0.75 мкм и длиной
5 250 мкм, обитающим в водных средах.



Рис. 8 20. АСМ - изображение Spirocheta plicatilis. Период завитка 400 нм


II. Водопроводная вода. На Рис.  8 -21 представлено обзорное сканированное изображение препарата, полученного из водопроводной воды при инкубации в течении 1- 2 недель.



Рис. 8 21. Обзорное сканированное изображение препарата,
полученного из водопроводной воды. Инкубация – 1 неделя


Можно отметить, что по сравнению с препаратом дистиллированной воды стекла получились однородно загрязненными. Наблюдались большие скопления вещества желтоватого цвета (при наблюдении в оптический микроскоп), при сканировании эти скопления обладали значительной вязкостью, прилипали к зонду и мешали исследованию (Рис.  8 -22). Морфологически они представляли собой образования неправильной формы. Эти загрязнения могут быть как органического, так и неорганического характера (микрочастицы каких то неорганических веществ: оксиды железа, песок или прочая неорганическая грязь).



Рис. 8 22. Микрочастицы грязи из водопроводной воды


На фоне “липких” скоплений, мы обнаружили бактериальные клетки 2-х типов:

Таблица 8 2.



СЗМ-изображение

Форма

Средний размер микроорганизма

1




Длинные вытянутые палочки




0.5 × 3 мкм


2




Короткие ровные
палочки с закругленными концами




0.6 × 1.6 мкм


Бактериальные клетки, представленные в таблице 2 имеют морфологию, характерную для огромного количества бактерий палочковидной формы. Можно лишь предположить, что эти бактерии относятся к типу бактерий имеющих капсулы. Для того, чтобы идентифицировать данные типы клеток, требуется проведение дополнительных исследований (окраска по Грамму, исследование комплекса биохимических признаков и т.д.), что не входит в рамки данной лабораторной работы.


При самостоятельной подготовке студентами образцов микрофлоры можно использовать кипяченую воду для сравнения с водопроводной, аквариумную воду или другие различные среды. Например, можно исследовать кристаллы, образованные на покровном стекле при высыхании различных солевых растворов (Рис.  8 -23).



Рис. 8 23. Кристаллы, образующиеся на покровном стекле
при высыхании капельки NaCl


Получение СЗМ – изображения


После загрузки программы NanoEducator на экране компьютера появляется главное окно программы (Рис.  8 -24).

Работу следует начать с пункта меню Файл и в нем выбрать Открыть или Новый либо соответствующие им кнопки на панели инструментов (,). Выбор команды ФайлНовый означает переход к проведению СЗМ измерений, а выбор команды ФайлОткрыть означает переход к просмотру и обработке ранее полученных данных. Программа позволяет осуществлять просмотр и обработку данных параллельно с измерениями.



Рис. 8 24. Главное окно программы NanoEducator


После выполнения команды ФайлНовый на экране появляется окно диалога, которое позволяет выбрать или создать рабочую папку, в который по умолчанию будут записываться результаты текущего измерения. В процессе проведения измерений все полученные данные последовательно записываются в файлы с именами ScanData+i.spm, где индекс i обнуляется при запуске программы и наращивается при каждом новом измерении. Файлы ScanData+i.spm помещаются в рабочую папку, которая устанавливается перед началом измерений. Существует возможность выбора другой рабочей папки во время проведения измерений. Для этого необходимо нажать кнопку , расположенную на панели инструментов главного окна программы.

Для сохранения результатов текущего измерения необходимо нажать кнопку Сохранить как в Окне сканирования в появившемся окне диалога выбрать папку и указать имя файла, при этом файл ScanData+i.spm, который служит временным файлом сохранения данных в процессе проведения измерений, будет переименован в заданное вами имя файла. По умолчанию файл будет сохранен в рабочей папке, назначенной перед началом измерений. Если не выполнить операцию сохранения результатов измерений, то при следующем запуске программы результаты, записанные во временных файлах ScanData+i.spm, будут последовательно перезаписываться (если не изменена рабочая папка). О наличии временных файлов результатов измерений в рабочей папке выдается предупреждение перед закрытием и после запуска программы. Стандартное имя ScanData можно изменить, задав его в окне выбора рабочей папки. Вызов окна выбора рабочей папки происходит при нажатии кнопки , расположенной на панели инструментов главного окна программы. Сохранить результаты измерений можно также в окне Браузер сканов, поочередно выделяя необходимые файлы и сохраняя их в выбранной папке.

Существует возможность экспорта результатов, полученных при помощи прибора NanoEducator в ASCII формат и формат Nova (mdt), который может быть импортирован программой НТ МДТ Nova и другими программами. В ASCII формат экспортируются изображения сканов, а так же данные их сечений. Для экспорта данных необходимо нажать кнопку Экспорт, расположенную в инструментальной панели главного окна программы, либо выбрать Экспорт в пункте меню Файл этого окна и выбрать необходимый формат сохранения.

После закрытия окна диалога на экран выводится панель управления прибором (Рис.  8 -25).



Рис. 8 25. Панель управления прибором


В левой части панели управления прибором расположены кнопки выбора конфигурации СЗМ:

ССМ – сканирующий силовой микроскоп (ССМ)

СТМ – сканирующий туннельный микроскоп (СТМ).


Проведение измерений на учебном СЗМ NanoEducator заключается в выполнении следующих операций:


1. Установка образца

  • ВНИМАНИЕ! Перед установкой образца необходимо снять датчик с зондом, чтобы не повредить зонд

Предусмотрено два способа крепления образца:

  • на магнитном столике (в этом случае образец должен быть прикреплен к магнитной подложке);

  • на двусторонней липкой ленте.

  • ВНИМАНИЕ! Для установки образца на двусторонней липкой ленте, необходимо вывинтить держатель из стойки (чтобы не повредить сканер), а затем вновь ввинтить его до легкого упора. В случае магнитного крепления замена образца может производиться без отвинчивания держателя образца

2. Установка зондового датчика

  • ВНИМАНИЕ! Устанавливать датчик с зондом следует всегда после установки образца. Эту операцию рекомендуется выполнять при верхнем положении держателя датчика. Датчик переводится в верхнее положение поворотом винта ручного подвода 1 по часовой стрелке

Выбрав нужный зондовый датчик (держите датчик за металлические кромки основания) (см. Рис.  8 -26), ослабьте винт фиксации зондового датчика на крышке измерительной головки, вставьте датчик в гнездо держателя до упора, завинтите винт фиксации по часовой стрелке до легкого упора.



Рис. 8 26. Установка зондового датчика


3. Выбор места сканирования

При выборе на образце участка для исследования используйте винты перемещения двухкоординатного столика, расположенного в нижней части прибора.


4. Предварительный подвод зонда к образцу

Операция предварительного подвода не является обязательной для каждого измерения, необходимость ее выполнения зависит от величины расстояния между образцом и острием зонда. Операцию предварительного сближения желательно производить, если расстояние между кончиком зонда и поверхностью образца превышает 0,5-1 мм. При использовании автоматизированного подвода зонда к образцу с большого расстояния между ними процесс подвода займет очень много времени.

Воспользуйтесь винтом ручного подвода для опускания зонда, контролируя расстояние между ним и поверхностью образца визуально либо на видеокамере.


5. Построение резонансной кривой и установка рабочей частоты

Эта операция обязательно выполняется в начале каждого измерения и, пока она не произведена, переход к дальнейшим этапам измерений заблокирован. Кроме того, в процессе измерений иногда возникают ситуации, требующие повторного выполнения этой операции (например, при потере контакта).

Окно поиска резонанса вызывается нажатием кнопки панели управления прибором. Выполнение этой операции предусматривает измерение амплитуды колебаний зонда при изменении частоты вынужденных колебаний, задаваемых генератором. Для этого необходимо нажать кнопку Старт (Рис.  8 -27).



a)

б)

Рис. 8 27. Окно операции поиска резонанса и установки рабочей частоты:
а) – автоматический режим, б) – ручной режим

В режиме Авто автоматически устанавливается частота генератора, равная частоте, при которой наблюдалась максимальная амплитуда колебаний зонда. График, демонстрирующий изменение амплитуды колебаний зонда в заданном диапазоне частот, позволяет наблюдать форму резонансного пика. Если резонансный пик недостаточно ярко выражен, или амплитуда при частоте резонанса мала (менее 1V), то необходимо изменить параметры проведения измерений и повторно провести определение резонансной частоты.

Для этого предназначен режим Ручной. При выборе этого режима в окне Определение резонансной частоты появляется дополнительная панель, позволяющая корректировать следующие параметры:

  • Напряжение раскачки зонда, задаваемых генератором. Рекомендуется устанавливать эту величину минимальной (вплоть до нуля) и не более 50 мВ.

  • Коэффициент усиления амплитуды (Усиление амплитуды). При недостаточной величине амплитуды колебаний зонда (<1 В) рекомендуется увеличить коэффициент Усиление амплитуды.

Ручной режим позволяет вручную менять выбранную частоту, передвигая зеленый курсор на графике с помощью мыши, а также уточнить характер изменения амплитуды колебаний в узком диапазоне значений вокруг выбранной частоты (для этого необходимо установить переключатель Ручной режим в положение Точно и нажать кнопку Старт).


6. Захват взаимодействия.

Для захвата взаимодействия выполняется процедура контролируемого сближения зонда и образца с помощью механизма автоматизированного подвода. Окно управления этой процедурой вызывается нажатием кнопки панели управления прибором. При работе с ССМ эта кнопка становится доступной после выполнения операции поиска и установки резонансной частоты. Окно ССМ, Подвод (Рис.  8 -28) содержит элементы управления подводом зонда, а также индикации параметров, которые позволяют анализировать ход выполнения процедуры.



Рис. 8 28. Окно процедуры подвода зонда

В окне Подвод пользователь имеет возможность наблюдать за следующими величинами:

  • вытянутость сканера (Сканер Z) по оси Z относительно максимально возможной, принятой за единицу. Величина относительного удлинения сканера характеризуется уровнем заполнения левого индикатора цветом, соответствующим зоне, в которой находится сканер в текущий момент: зеленый цвет – рабочая зона, синий – вне рабочей зоны, красный – сканер подошел слишком близко к поверхности образца, что может повлечь деформацию зонда. В последнем случае программа выдает звуковое предупреждение;

  • амплитудой колебаний зонда (Амплитуда колебаний зонда) относительно амплитуды его колебаний в отсутствии силового взаимодействия, принятой за единицу. Величина относительной амплитуды колебаний зонда показана на правом индикаторе уровнем его заполнения бордовым цветом. Горизонтальная метка на индикаторе Амплитуда колебаний зонда указывает на уровень при переходе через который производится анализ состояния сканера и его автоматический вывод в рабочее положение;

  • количество шагов (Шаги), пройденных в заданном направлении: Подвод – сближение, Отвод– удаление.

    До начала процесса опускания зонда необходимо:

a. Проверить правильность установок параметров сближения:

  • Коэффициент усиления в цепи обратной связи Усиление ОС установлен на значении 3,

b. Убедиться, что параметр Подавление амплитуды (Сила) имеет величину около 0,2 (см. Рис.  8 -28). В противном случае нажать кнопку Сила и в окне Установка параметров взаимодействия(Рис.  8 -29) установить значение Подавление амплитуды равное 0.2. Для более деликатного подвода значение параметра Подавление амплитуды может быть меньше.

c Проверить правильность установок в окне параметров Параметры, страница Параметры подвода.

Имеется взаимодействие или нет, можно определить по левому индикатору Сканер Z. Полное удлинение сканера (весь индикатор Сканер Z окрашен синим цветом), а также полностью закрашенный бордовым цветом индикатор Амплитуда колебаний зонда (Error: Reference source not found) указывают на отсутствие взаимодействия. После выполнения поиска резонанса и установки рабочей частоты амплитуда свободных колебаний зонда принимается за единицу.

Если же сканер удлинен не полностью до или во время сближения, либо программа выдает сообщение: ‘Ошибка! Зонд слишком близок к образцу. Проверьте параметры подвода или физический узел. Вы хотите отойти в безопасное место', то рекомендуется приостановить выполнение процедуры подвода и:

изменить один из параметров:

  • увеличить величину взаимодействия, параметр Подавление амплитуды, либо

  • увеличить значение Усиление ОС, либо

  • увеличить время задержки между шагами сближения (параметр Время интегрирования на странице Параметры подвода окна Параметры).

  • увеличить расстояние между острием зонда и образцом (для этого выполнить действия, описанные в пункте Отвод и выполнить операцию Резонанс, после чего вернуться к выполнению процедуры Подвод.



d. Нажать на кнопку для медленного подвода.



Рис. 8 29. Окно установки величины взаимодействия зонда и образца

После захвата взаимодействия появляется сообщение “Подвод выполнен”.

При необходимости осуществить сближение на один шаг, следует нажать кнопку . В этом случае сначала выполняется шаг, а потом осуществляется проверка критериев захвата взаимодействия. Для остановки движения необходимо нажать кнопку .

    Для выполнения операции отвода необходимо нажать кнопку для быстрого отвода или нажать кнопку для медленного отвода. При необходимости осуществить отвод на один шаг, следует нажать кнопку . В этом случае сначала выполняется шаг, а потом осуществляется проверка критериев захвата взаимодействия



7. Сканирование

После выполнения процедуры подвода (Подвод) и захвата взаимодействия становится доступным сканирование (кнопка в окне панели управления прибором).

Нажав эту кнопку (вид окна сканирования представлен на Рис.  8 -30), пользователь приступает непосредственно к проведению измерений и получению результатов измерений.

Перед проведением процесса сканирования необходимо установить параметры сканирования. Эти параметры сгруппированы в правой части верхней панели окна Сканирование.

В первый раз после запуска программы они устанавливаются по умолчанию:

Площадь сканирования - Область (Xнм*Yнм): 5000*5000 нм;

Количество точек измерений по осям - X, Y: NX=100, NY=100;

Скорость сканирования прямого хода - Скорость = 4000 нм/с.

Скорость сканирования обратного хода - Скорость = 8000 нм/с.

Путь сканирования - Направление определяет направление сканирования. Программа позволяет выбирать направление оси быстрого сканирования (Х или Y). При запуске программы устанавливается Направление =X+.

После задания параметров сканирования необходимо нажать кнопку Применить для подтверждения ввода параметров и кнопку Старт для начала сканирования.

Для проведения сканирования с одновременным измерением фазового контраста (Фаза) перед началом сканирования необходимо выбрать соответствующую закладку в правом нижнем поле окна Сканирование.



Рис. 8 30. Окно управления процессом и отображения результатов сканирования ССМ


Для сохранения результатов текущего измерения необходимо нажать кнопку Сохранить как в Окне сканирования и в появившемся окне диалога выбрать папку и указать имя файла.


8.3.Методические указания


Прежде чем приступить к работе на сканирующем зондовом микроскопе NanoEducator следует изучить руководство пользователя прибора [Лит. 8 -4].


8.4.Техника безопасности


Прибор управляется напряжением 220 В. Эксплуатацию сканирующего зондового микроскопа NanoEducator производить в соответствии с ПТЭ и ПТБ электроустановок потребителей напряжением до 1000 В.


8.5.Задание


1. Выберите интересующие Вас среды и подготовьте самостоятельно биологические образцы для СЗМ исследования;

2. Изучите на практике общую конструкцию прибора NanoEducator и познакомьтесь с программой управления прибором NanoEducator;

3. Используя систему оптического контроля NanoEducator, выберите интересующий участок поверхности образца и получите несколько обзорных СЗМ – сканов;

4. Выберите интересующий вас микроорганизм или простейшее и проведите сканирование поверхности с применением метода фазового контраста;

5. Проведите обработку и анализ полученных изображений, постарайтесь идентифицировать полученные бактерии, простейшие или водоросли.


8.6.Контрольные вопросы


1. Назовите основные разновидности СЗМ.

2. Опишите основные методы работы АСМ и их назначение.

3. Назовите факторы, влияющие на СЗМ – изображение.

4. Для чего используется метод измерения фазового контраста.

5. Какие преимущества дают СЗМ исследования биологических объектов.


8.7.Литература


Лит. 8 1. Г.Бинниг, Г.Рорер. Сканирующая туннельная микроскопия — от рождения к юности — Нобелевские лекции по физике – 1996. УФН, т. 154 (1988), вып.2,
с. 261

Лит. 8 2. G. Binnig, C.F. Quate, Ch. Gerber. Atomic force microscope.// Phys. Rev. Lett., 1986, Vol. 56, № 9, p. 930 – 933.

Лит. 8 3. Хоулт Дж., Криг Н., П. Снит, Дж. Стейли, С. Уильямс. // Определитель бактерий Берджи. М.:Мир, 1997. Т.№ 2.

Лит. 8 4.. Руководство пользователя прибора NanoEducator.



1 Прибор NanoEducator полноценно работает только в учетной записи пользователя «Администратор компьютера».

2 В определителе Берджи указано, что диаметр простек бактерий порядка 100-200 нм, однако мы получили 450 нм. Это искажение обусловлено геометрическими параметрами острия зонда. Средний радиус закругления зондов для учебного СЗМ NanoEducator составляет величину порядка 100 нм. При исследовании такими зондами надо учитывать, что объекты будут уширяться вследствие влияния формы зонда на СЗМ-изображения (Рис.  8 -13).



1   2

Похожие:

Отчет по лабораторной работе должен включать: Теоретическую часть (ответы на контрольные вопросы) iconОтчет по лабораторной работе должен содержать введение, отражающее цель работы, экспериментальную часть со схемой установки, расчетную часть и выводы.
Для каждой лабораторной работы приведены перечень теоретических вопросов для сдачи коллоквиумов и перечень вопросов для сдачи отчетов....
Отчет по лабораторной работе должен включать: Теоретическую часть (ответы на контрольные вопросы) iconКонтрольная работа №1 а теперь предлагаем контрольные вопросы, на которые ты должен ответить и ответы прислать нам
А теперь предлагаем контрольные вопросы, на которые ты должен ответить и ответы прислать нам
Отчет по лабораторной работе должен включать: Теоретическую часть (ответы на контрольные вопросы) iconРефератов по курсу «Безопасность жизнедеятельности»
Реферат должен включать теоретическую часть и пример опасной ситуации из сми с оценкой эффективности поведения ответственных лиц,...
Отчет по лабораторной работе должен включать: Теоретическую часть (ответы на контрольные вопросы) iconОтчет по лабораторной работе по дисциплине «Информационные технологии»
Отчет по лабораторной работе 12 с., 2 части, 4 рис., 4 таб., 2 источника, 2 прил
Отчет по лабораторной работе должен включать: Теоретическую часть (ответы на контрольные вопросы) iconМетодические указания для выполнения курсовой работы
Экономика предприятия включает в себя две части: теоретическую и практическую. Теоретическую часть студент выполняет самостоятельно...
Отчет по лабораторной работе должен включать: Теоретическую часть (ответы на контрольные вопросы) iconКонтрольные вопросы к лабораторной работе №13
Закон Пуазейля. График распределения давления вдоль сосуда с постоянным диаметром просвета
Отчет по лабораторной работе должен включать: Теоретическую часть (ответы на контрольные вопросы) iconЯ. Я. Логвинович вопросы и ответы
Эта книга представляют собой вторую часть книги "Вопросы и ответы", являющуюся логическим продолжением первой части. Она содержит...
Отчет по лабораторной работе должен включать: Теоретическую часть (ответы на контрольные вопросы) iconМетодические указания по лабораторным работам по физике (раздел «Оптика») для студентов специальности 050100 «Педагогическое образование» технико-экономического факультета
Методические указания содержат рекомендации по организации, подготовке и выполнению лабораторных работ по физике, требования к оформлению...
Отчет по лабораторной работе должен включать: Теоретическую часть (ответы на контрольные вопросы) iconКонтрольные вопросы к лабораторной работе№1
Чем отличается разрядно-последовательная обработка кодов от разрядно-параллельной
Отчет по лабораторной работе должен включать: Теоретическую часть (ответы на контрольные вопросы) iconКонтрольные работы по дисциплине «моделирование систем»
Для ответов на контрольные вопросы можно использовать книгу «моделирование систем» Б. Я. Советов, С. А. Яковлев. Там есть ответы...
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib.znate.ru 2014
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница