Wat is Atomic Force Microscopy (AFM)

Atomic Force Microscopy (Atoomkrachtmicroscopie in het Nederlands) zorgt ervoor dat je een oppervlakte kan herkennen met een naald op nanoschaal. Nanoschaal is heel erg klein, zo klein dat je het niet kunt zien. Dit is zelfs 100.000 keer zo klein als de dikte van een stuk papier. Dit wordt met een bepaalde techniek gedaan, genaamd de scanning probe microscopy techniek. Het oppervlak wordt op atomaire schaal verkent. Deze microscoop kan ook voor iets anders gebruikt worden dan het verkennen van een oppervlak, namelijk ook voor het beïnvloeden van dit oppervlak door de naald.

Atoomkrachtmicroscopie kan toegepast worden in grote natuurwetenschap problemen. Deze techniek wordt ook gebruikt in de geneeskunde, bijvoorbeeld bij kankercellen. Er wordt dan gekeken of de kankercellen en de normale cellen kunnen worden onderscheiden. Dit wordt gedaan op basis van de hardheid van deze cellen. 

Atoomkrachtmicroscopie bestaat uit een cantilever aan het eind van de cantilever is een sonde dit is een scherpe punt die het monster scant. Een cantilever is een element wat vastzit aan de scanner, het element is horizontaal. Het uiteinde van deze cantilever heeft een sonde, deze sonde heeft een straal van een paar nanometers tot tientallen nanometers. De sondes van atoomkrachtmicroscopie zijn meestal gemaakt van silicium, maar er zijn er ook gemaakt van siliciumnitride en boroscilicaatglas. Een sonde wordt gezien als een artikel die verbruikt wordt, dit is omdat deze best vaak worden vervangen. Een sonde wordt vervangen wanneer de tip vervuild is of de cantilever kapot is. Een nieuwe cantilever kan tussen de tientallen en honderden dollars kosten. 

AFM is ontworpen om dingen te meten, dit komt door de cantilever en de sonde. Het is gemaakt om te meten, omdat de cantilever wordt afgebogen door dat de punt (sonde) in contact komt met de oppervlakte wat gemeten moet worden. 

De geschiedenis van atoomkrachtmicroscopie

AFM bestaat al 35 jaar, het is uitgevonden door IBM-wetenschappers. Binning is degene die AFM heeft uitgevonden en als eerst mee heeft gewerkt. Dit is niet de eerste microscopie die is uitgevonden, de eerste was namelijk scanning tunneling microscope. Die is in 1980/1981 ongeveer uitgevonden.  

Met scanning tunneling microscopie kan de topografie van een object/ monster worden bepaald op atomaire schaal. Deze techniek was erg bijzonder toen die werd ontwikkeld, dit omdat het de eerste microscoop techniek was die individuelen atomen in kaart kon brengen. Voor deze techniek hebben de uitvinders zelfs een nobelprijs gewonnen. 

Nadat de atoomkrachtmicroscoop was uitgevonden duurde het nog 4 jaar voordat de eerste commerciële microscoop te koop was. Nu is het een apparaat wat niet meer te missen is. 

Vaardigheden van de Atomic Force Microscopy 

Deze microscoop heeft 3 vaardigheden die erg belangrijk zijn, namelijk manipulatie, krachtmeting en topografische beeldvorming. De functie manipulatie is eigenlijk heel bijzonder, de microscoop heeft een naald en daarmee wordt het object geobserveerd. Met deze naald kan het object indien nodig is ook langzaam en geconcentreerd veranderd worden. Manipulatie bij een monster gebeurt wel is bij scanning probe lithografie. 

Bij krachtmeting kan de kracht worden gemeten van het monster, zo kom je meer te weten over het monster. Krachtmeting kan worden toegepast voor krachtspectroscopie. Met krachtspectroscopie meet je het gedrag van een molecuul onder torsie van een mechanische kracht. Met deze techniek is veel geleerd in de afgelopen jaren. Er is veel geleerd over spiercontractie, transport in een cel etc. Deze techniek kan dus worden uitgevoerd met atoomkrachtmicroscopie. 

Met de functie beeldvorming kan het monster in beeld worden gebracht. Het wordt in beeld gebracht omdat de punt (naald) over het monster gaat en zo gescand wordt. De kracht van het monster moet gelijk blijven zodat er een goed beeld gemaakt kan worden, dit wordt gedaan met elektronische feedbacklus. Tijdens het scannen wordt het x en -y punt veranderd. 

Voordelen Atomic Force Microscopy 

Met atoomkrachtmicroscopie kan je een driedimensionaal oppervlakteprofiel creëren. Bij scanning elektronenmicroscoop is dit anders, dit gaat niet verder dan tweedimensionaal. Bij andere technieken moeten monsters die onderzocht moeten worden van tevoren nog een extra behandeling zodat de uitkomsten goed zijn. Dit kost weer extra tijd, bij AFM is dit niet het geval. AFM kan monsters zonder extra behandeling goed onderzoeken en niet beschadigen. 

Sommige technieken hebben een speciale omgeving nodig om iets te onderzoeken, bij atoomkrachtmicroscopie hoeft dit niet. Deze techniek werkt in normale omgevingslucht en ook in een vloeibare omgeving, er zijn bijna geen technieken die dit kunnen. Doordat deze techniek in deze omgevingen kan worden toegepast kan er zelfs levende organisme worden bestudeerd en biologische macromoleculen. 

Nadelen Atomic Force Microscopy

Atoomkrachtmicroscopie heeft ook een paar nadelen. AFM kan een minder groot oppervlakte scannen dan scanning elektronenmicroscoop kan. Het gebied wat je maximaal kan scannen met AFM is 150 x 150 micrometer met een hoogte tussen de 10 en 20 micrometer. 

AFM scant een stuk minder snel dan SEM. Toch zijn de resultaten van SEM met een lagere kwaliteit. Doordat Atoomkrachtmicroscopie niet zo snel scant kan dit thermische drift in het beeld veroorzaken. Door thermische drift in het beeld is AFM minder geschikt voor nauwkeurige afstanden in topografisch beeld. 

Met deze techniek kan je ook te maken krijgen met beeldartefecten. Dit kan verschillende oorzaken hebben, het kan komen door het monster zelf, de omgeving etc. Gelukkig kunnen deze artefacten worden verminderd.  

Atomic Force Microscopy in andere vakgebieden

Atoomkrachtmicroscopie wordt in meerdere studies gebruikt. Het werd in deze studies gebruikt om te kijken naar levende cellen en hun gedrag. Om levende cellen te bestuderen werd ook dynamische atoomkrachtspectroscopie en real-time atoomkrachtspectroscopie gebruikt. Hiermee kan niet alleen levende cellen maar ook membraaneiwitten en hun dynamische gedrag bestudeerd worden. Dit werd bestudeerd met hoge resolutie op nanoschaal. 

Atoomkrachtmicroscopie wordt ook gebruikt om te kijken naar geneesmiddelen en hier mee te bestuderen. AFM heeft dus veel verschillende werkingen en kan met veel dingen helpen en bestuderen. 

Volgens Wikipedia

Atoomkrachtmicroscopie (Engels: atomic force microscopy, meestal kortweg AFM genoemd) is een scanning probe microscopy-techniek om net als bij scanning tunneling microscopy met een naald het oppervlak van een object op atomaire schaal te kunnen verkennen, maar dan zonder de beperking dat het object elektrisch geleidend moet zijn. 

Bovenstaande via: https://nl.wikipedia.org/wiki/Atoomkrachtmicroscopie