الدورات الدراسية: الفحص المجهري للمسبار. مجهر مسبار المسح الحالة الحالية وتطور الفحص المجهري بمسبار المسح

مقدمة

في الوقت الحاضر ، يتطور الاتجاه العلمي والتقني - تقنية النانو - بسرعة ، ويغطي مجموعة واسعة من البحوث الأساسية والتطبيقية. هذه تقنية جديدة بشكل أساسي يمكنها حل المشكلات في مجالات متنوعة مثل الاتصالات والتكنولوجيا الحيوية والإلكترونيات الدقيقة والطاقة. اليوم ، تعمل أكثر من مائة شركة ناشئة على تطوير منتجات تكنولوجيا النانو التي ستدخل السوق في العامين أو الثلاثة أعوام القادمة.

ستصبح تقنيات النانو من التقنيات الرائدة في القرن الحادي والعشرين وستساهم في تطوير الاقتصاد والمجال الاجتماعي للمجتمع ، ويمكن أن تصبح شرطًا أساسيًا لثورة صناعية جديدة. في المائة عام الماضية ، تم إحراز تقدم في الثورة الصناعية بتكلفة حوالي 80 ٪ من موارد الأرض. سوف تقلل تقنيات النانو بشكل كبير من حجم استهلاك الموارد ولن تضغط على البيئة ، وسوف تلعب دورًا رائدًا في حياة البشرية ، على سبيل المثال ، أصبح الكمبيوتر جزءًا لا يتجزأ من حياة الناس.

تم تحفيز التقدم في مجال تقنية النانو من خلال تطوير طرق البحث التجريبية ، والتي من أكثرها إفادة طرق المسح المجهري للمسبار ، والاختراع والتوزيع الذي يدين العالم به على وجه الخصوص للحائزين على جائزة نوبل عام 1986 - البروفيسور هاينريش روهرر ود. غيرد بينيج.

كان العالم مفتونًا باكتشاف مثل هذه الأساليب البسيطة لتصور الذرات ، وحتى مع القدرة على معالجتها. بدأت العديد من المجموعات البحثية في تصميم أجهزة منزلية الصنع وتجربة في هذا الاتجاه. نتيجة لذلك ، وُلد عدد من مخططات الأجهزة المريحة ، وتم اقتراح طرق مختلفة لتصور نتائج التفاعل بين السطح والمسبار ، مثل: الفحص المجهري للقوة الجانبية ، والفحص المجهري للقوة المغناطيسية ، والفحص المجهري لتسجيل التفاعلات المغناطيسية والكهرومغناطيسية والكهرومغناطيسية. تم تطوير طرق الفحص المجهري البصري للمجال القريب بشكل مكثف. تم تطوير طرق للعمل الموجه والمتحكم به في نظام سطح المجس ، على سبيل المثال ، الطباعة الحجرية النانوية - تحدث التغييرات على السطح تحت تأثير التأثيرات الكهربائية والمغناطيسية والتشوهات البلاستيكية والضوء في نظام سطح المجس. تم إنشاء تقنيات لإنتاج المجسات ذات المعلمات الهندسية المحددة ، مع الطلاءات والهياكل الخاصة لتصور خصائص السطح المختلفة.

يعد الفحص المجهري للمسبار (SPM) أحد الأساليب الحديثة القوية لدراسة التشكل والخصائص المحلية لسطح صلب بدقة مكانية عالية. على مدى السنوات العشر الماضية ، تطور الفحص المجهري للمسبار من تقنية غريبة متاحة فقط لعدد محدود من مجموعات البحث إلى أداة مستخدمة على نطاق واسع ومستخدمة بنجاح لدراسة خصائص السطح. في الوقت الحاضر ، يكاد لا يكتمل أي بحث في مجال فيزياء الأسطح وتقنيات الأغشية الرقيقة بدون استخدام طرق SPM. كما أن تطوير مجسات المسح المجهري كان بمثابة أساس لتطوير طرق جديدة في تقنية النانو - تقنية إنشاء هياكل بمقاييس نانومترية.

1. الخلفية التاريخية

لمراقبة الأجسام الصغيرة ، اخترع الهولندي أنتوني فان ليفينهوك المجهر في القرن السابع عشر ، واكتشف عالم الميكروبات. كانت مجاهره غير كاملة وأعطت تكبيرًا من 150 إلى 300 مرة. لكن أتباعه قاموا بتحسين هذا الجهاز البصري ، ووضعوا الأساس للعديد من الاكتشافات في علم الأحياء والجيولوجيا والفيزياء. ومع ذلك ، في نهاية القرن التاسع عشر (1872) ، أظهر أخصائي البصريات الألماني إرنست كارل آبي أنه نظرًا لانحراف الضوء ، فإن دقة المجهر (أي الحد الأدنى للمسافة بين الأشياء عندما لا يتم دمجها بعد في واحد image) محدودة بطول موجة الضوء (0.4 - 0.8 ميكرومتر). وهكذا ، وفر الكثير من جهود أخصائيي البصريات الذين حاولوا صنع مجاهر أكثر تقدمًا ، لكنهم خيبوا أمل علماء الأحياء والجيولوجيين الذين فقدوا الأمل في الحصول على أداة ذات تكبير أعلى من 1500x.

يعد تاريخ إنشاء المجهر الإلكتروني مثالًا رائعًا على كيفية تطوير مجالات العلوم والتكنولوجيا بشكل مستقل ، من خلال تبادل المعلومات الواردة وتضافر الجهود ، لإنشاء أداة قوية جديدة للبحث العلمي. كانت ذروة الفيزياء الكلاسيكية هي نظرية المجال الكهرومغناطيسي ، والتي فسرت انتشار الضوء ، وظهور المجالات الكهربائية والمغناطيسية ، وحركة الجسيمات المشحونة في هذه المجالات على أنها انتشار للموجات الكهرومغناطيسية. أوضحت البصريات الموجية ظاهرة الانعراج وآلية تكوين الصورة ولعب العوامل التي تحدد الدقة في المجهر الضوئي. ندين بالنجاحات في مجال الفيزياء النظرية والتجريبية لاكتشاف الإلكترون بخصائصه المحددة. أدت هذه التطورات المنفصلة والمستقلة على ما يبدو إلى إنشاء أسس البصريات الإلكترونية ، والتي كان أحد أهم تطبيقاتها هو اختراع EM في الثلاثينيات. يمكن اعتبار التلميح المباشر لهذا الاحتمال فرضية الطبيعة الموجية للإلكترون ، التي طرحها لويس دي برولي في عام 1924 وأكدها تجريبياً في عام 1927 ك.ديفيسون ول. وبالتالي ، تم اقتراح تشبيه ، مما جعل من الممكن بناء كهرومغناطيسية وفقًا لقوانين بصريات الموجة. اكتشف H. Bush أنه يمكن تشكيل الصور الإلكترونية باستخدام المجالات الكهربائية والمغناطيسية. في العقدين الأولين من القرن العشرين كما تم إنشاء المتطلبات التقنية اللازمة. قدمت المختبرات الصناعية التي تعمل على راسم الذبذبات للأشعة الكاثودية تقنية فراغ ، ومصادر مستقرة للجهد العالي والتيار ، وبواعث إلكترونية جيدة.

في عام 1931 ، قدم R. Rudenberg طلب براءة اختراع لمجهر إلكتروني ناقل ، وفي عام 1932 قام M. Knoll و E. Ruska ببناء أول مجهر من هذا القبيل ، باستخدام العدسات المغناطيسية لتركيز الإلكترونات. كانت هذه الأداة رائدة في المجهر الإلكتروني الحديث للإرسال البصري (OTEM). (تمت مكافأة روسكا على عمله بفوزه بجائزة نوبل في الفيزياء لعام 1986). في عام 1938 ، بنى روسكا وب. فون بوريس نموذجًا أوليًا صناعيًا لـ OPEM لشركة Siemens-Halske في ألمانيا ؛ جعلت هذه الأداة في النهاية من الممكن تحقيق دقة 100 نانومتر. بعد بضع سنوات ، قام A. Prebus و J.Hiller ببناء أول OPEM عالي الدقة في جامعة تورنتو (كندا).

أصبحت الاحتمالات الواسعة لـ OPEM واضحة على الفور تقريبًا. بدأ إنتاجها الصناعي في وقت واحد من قبل شركة Siemens-Halske في ألمانيا وشركة RCA في الولايات المتحدة الأمريكية. في أواخر الأربعينيات من القرن الماضي ، بدأت شركات أخرى في إنتاج مثل هذه الأجهزة.

تم اختراع SEM بشكله الحالي في عام 1952 بواسطة Charles Otley. صحيح أن الإصدارات الأولية من هذا الجهاز تم بناؤها بواسطة Knoll في ألمانيا في ثلاثينيات القرن الماضي وبواسطة Zworykin مع موظفين في شركة RCA في الأربعينيات من القرن الماضي ، ولكن جهاز Otley فقط يمكن أن يكون أساسًا لعدد من التحسينات التقنية التي بلغت ذروتها في إدخال نسخة صناعية من SEM في الإنتاج في منتصف الستينيات. توسعت دائرة المستهلكين لمثل هذا الجهاز سهل الاستخدام إلى حد ما مع صورة ثلاثية الأبعاد وإشارة خرج إلكترونية مع سرعة الانفجار. في الوقت الحاضر ، هناك عشرات من مصنعي SEM الصناعية في ثلاث قارات وعشرات الآلاف من هذه الأجهزة المستخدمة في المختبرات حول العالم. في الستينيات ، تم تطوير مجاهر عالية الجهد لدراسة العينات الأكثر سمكًا ، حيث يوجد جهاز مع تسريع بدأ العمل بجهد 3.5 مليون فولت في عام 1970. اخترع ج. بينيج وج. روهرر RTM في زيورخ عام 1979. يوفر هذا الجهاز البسيط للغاية تحليلًا ذريًا للأسطح. حصل Binnig و Rohrer (بالتزامن مع Ruska) على جائزة نوبل لإنشاء RTM.

تم اختراع مجهر مسبار المسح في عام 1986 بواسطة Rohrer و Binnig. منذ اختراعها ، تم استخدام STM على نطاق واسع من قبل العلماء من مختلف التخصصات ، والتي تغطي جميع تخصصات العلوم الطبيعية تقريبًا ، من الأبحاث الأساسية في الفيزياء والكيمياء والبيولوجيا إلى تطبيقات تكنولوجية محددة. مبدأ تشغيل STM بسيط للغاية ، والإمكانيات المحتملة كبيرة لدرجة أنه من المستحيل التنبؤ بتأثيرها على العلوم والتكنولوجيا حتى في المستقبل القريب.

كما اتضح لاحقًا ، يمكن تحويل أي تفاعل تقريبًا بين مسبار الطرف مع السطح (ميكانيكي ، مغناطيسي) إلى صورة للسطح بمساعدة الأدوات وبرامج الكمبيوتر المناسبة.

يتكون تركيب مجهر المسح الضوئي من عدة كتل وظيفية موضحة في الشكل. 1. هذا هو ، أولاً ، المجهر نفسه المزود بمضخم ضغط للتحكم في المسبار ، ومحول تيار إلى جهد نفق ، ومحرك متدرج لتزويد العينة ؛ كتلة المحولات التناظرية إلى الرقمية ومن الرقمية إلى التناظرية ومضخمات الجهد العالي ؛ وحدة التحكم في السائر. لوحة مع معالج إشارة يحسب إشارة التغذية المرتدة ؛ جهاز كمبيوتر يجمع المعلومات ويوفر واجهة مستخدم. من الناحية الهيكلية ، يتم تثبيت وحدة DAC و ADC في نفس السكن مع وحدة التحكم في محرك السائر. اللوحة مع معالج الإشارة (DSP - معالج الإشارة الرقمية) ADSP 2171 من الأجهزة التناظرية مثبتة في فتحة التوسعة ISA للكمبيوتر الشخصي.

يظهر منظر عام للنظام الميكانيكي للمجهر في الشكل. 2. يشتمل النظام الميكانيكي على قاعدة مزودة بمضخم ضغط ونظام تغذية عينة سلس على محرك متدرج مع علبة تروس ورأسين قياس قابلين للإزالة للتشغيل في أوضاع المسح النفقي والقوة الذرية المجهري. يتيح المجهر الحصول على دقة ذرية مستقرة على أسطح الاختبار التقليدية دون استخدام مرشحات زلزالية وصوتية إضافية.

2. مبادئ تشغيل مجاهر المسح

في مجاهر المسح ، يتم إجراء دراسة الإخلاء المجهري السطحي وخصائصه المحلية باستخدام مجسات معدة خصيصًا على شكل إبر. يبلغ حجم جزء العمل من هذه المجسات (الطرف) حوالي عشرة نانومتر. المسافة المميزة بين المجس وسطح العينة في مجاهر المسبار هي 0.1 - 10 نانومتر حسب الحجم. يعتمد تشغيل مجاهر المسبار على أنواع مختلفة من التفاعل بين المسبار والسطح. وبالتالي ، فإن تشغيل المجهر النفقي يعتمد على ظاهرة تدفق التيار النفقي بين إبرة معدنية وعينة موصلة ؛ أنواع مختلفة من تفاعل القوة تكمن وراء عمل القوة الذرية والقوة المغناطيسية ومجاهر القوة الكهربائية. دعونا نفكر في السمات المشتركة الكامنة في مجاهر المجسات المختلفة. دع تفاعل المسبار مع السطح يتميز ببعض المعلمات P. إذا كان هناك اعتماد حاد بدرجة كافية وواحد إلى واحد للمعامل P على مسافة عينة المسبار ، فيمكن استخدام هذه المعلمة لتنظيم التغذية الراجعة النظام (FS) الذي يتحكم في المسافة بين المسبار والعينة. على التين. يوضح الشكل 3 بشكل تخطيطي المبدأ العام لتنظيم التغذية الراجعة لـ SPM.

يحافظ نظام التغذية الراجعة على قيمة المعلمة Р ثابتة ، تساوي القيمة المحددة من قبل المشغل. إذا تغيرت مسافة سطح المجس ، تتغير المعلمة P. في نظام OS ، يتم إنشاء إشارة فرق تتناسب مع القيمة ΔP = P - P ، والتي يتم تضخيمها إلى القيمة المطلوبة وإدخالها إلى عنصر التشغيل لـ IE. يقوم عنصر التشغيل بمعالجة إشارة الاختلاف هذه عن طريق تحريك المسبار بالقرب من السطح أو تحريكه بعيدًا حتى تصبح إشارة الاختلاف صفرًا. بهذه الطريقة ، يمكن الحفاظ على مسافة عينة المسبار بدقة كبيرة. عندما يتحرك المسبار على طول سطح العينة ، تتغير معلمة التفاعل P بسبب تضاريس السطح. يعمل نظام OS على إجراء هذه التغييرات ، بحيث عندما يتحرك المسبار في المستوى X و Y ، فإن الإشارة الموجودة على عنصر التشغيل تتناسب مع تضاريس السطح. للحصول على صورة SPM ، يتم إجراء عملية منظمة بشكل خاص لمسح العينة. عند المسح ، يتحرك المسبار أولاً فوق العينة على طول خط معين (مسح خط) ، بينما يتم تسجيل قيمة الإشارة على عنصر التشغيل ، بما يتناسب مع تضاريس السطح ، في ذاكرة الكمبيوتر. ثم يعود المسبار إلى نقطة البداية وينتقل إلى خط المسح التالي (مسح الإطار) ، وتتكرر العملية مرة أخرى. تتم معالجة إشارة التغذية المرتدة المسجلة بهذه الطريقة أثناء المسح بواسطة الكمبيوتر ، ثم يتم إنشاء صورة SPM لطوبوغرافيا السطح باستخدام رسومات الكمبيوتر. إلى جانب دراسة تضاريس السطح ، تتيح مجاهر المجسات دراسة خصائص السطح المختلفة: الميكانيكية والكهربائية والمغناطيسية والبصرية وغيرها.

3. مسح العناصر (الماسحات الضوئية) من مجاهر المجسات

3.1 مسح العناصر

لتشغيل مجاهر المسبار ، من الضروري التحكم في مسافة عمل عينة المسبار وتحريك المسبار في مستوى العينة بدقة عالية (على مستوى كسور أنجستروم). يتم حل هذه المشكلة بمساعدة المتلاعبين الخاصين - عناصر المسح (الماسحات الضوئية). عناصر المسح في مجاهر المسبار مصنوعة من مواد كهرضغطية ، وهي مواد ذات خصائص كهرضغطية. تعمل الكهرباء الانضغاطية على تغيير أبعادها في مجال كهربائي خارجي. تتم كتابة معادلة التأثير الكهروإجهادي العكسي للبلورات على النحو التالي:

حيث u موتر الإجهاد ، E هي مكونات المجال الكهربائي ، و d هي مكونات موتر المعامل الكهروإجهادي. شكل موتر معامل كهرضغطية يتحدد بنوع التناظر البلوري.

في العديد من التطبيقات التقنية ، يتم استخدام محولات الطاقة المصنوعة من مواد سيراميك بيزوسيراميك على نطاق واسع. Piezoceramics عبارة عن مادة متعددة البلورات مستقطبة يتم الحصول عليها عن طريق مساحيق التلبيد من المواد الحديدية الكهربية البلورية. يتم استقطاب السيراميك على النحو التالي. يتم تسخين السيراميك فوق درجة حرارة كوري (بالنسبة لمعظم قطع السيراميك ، تكون درجة الحرارة هذه أقل من 300 درجة مئوية) ، ثم يتم تبريدها ببطء في مجال كهربائي قوي (حوالي 3 كيلو فولت / سم). بعد التبريد ، تسبب الخزف البيزوسي في الاستقطاب واكتسب القدرة على تغيير أبعاده (زيادة أو نقصانًا اعتمادًا على الاتجاه المتبادل لمتجه الاستقطاب وناقل المجال الكهربائي الخارجي).

تُستخدم العناصر الكهرضغطية الأنبوبية على نطاق واسع في الفحص المجهري للمسبار (الشكل 4). إنها تجعل من الممكن الحصول على عمليات إزاحة كبيرة بما فيه الكفاية للأشياء بجهد تحكم صغير نسبيًا. العناصر الأنبوبية الكهرضغطية عبارة عن أسطوانات مجوفة رقيقة الجدران مصنوعة من مواد السيراميك البيزو. عادةً ما يتم ترسيب الأقطاب الكهربائية على شكل طبقات معدنية رفيعة على الأسطح الخارجية والداخلية للأنبوب ، بينما تظل أطراف الأنبوب غير مطلية.

تحت تأثير فرق الجهد بين الأقطاب الكهربائية الداخلية والخارجية ، يغير الأنبوب أبعاده الطولية. في هذه الحالة ، يمكن كتابة التشوه الطولي تحت تأثير مجال كهربائي شعاعي على النحو التالي:

حيث l طول الأنبوب في الحالة غير المشوهة. الاستطالة المطلقة للأنبوب البيزو هي

حيث h هي سماكة جدار الأنبوب البيزو ، V هو فرق الجهد بين الأقطاب الكهربائية الداخلية والخارجية. وبالتالي ، عند نفس الجهد V ، سيكون استطالة الأنبوب أكبر ، وكلما زاد طوله وصغر سمك جداره.

يسمح توصيل ثلاثة أنابيب في عقدة واحدة بتنظيم حركات دقيقة للمسبار المجهر في ثلاثة اتجاهات متعامدة بشكل متبادل. يسمى عنصر المسح هذا بالحامل ثلاثي القوائم.

عيوب مثل هذا الماسح الضوئي هي تعقيد التصنيع وعدم التماثل القوي في التصميم. حتى الآن ، تستخدم الماسحات الضوئية القائمة على عنصر أنبوبي واحد على نطاق واسع في الفحص المجهري للمسبار. يظهر الشكل العام للماسح الأنبوبي وتخطيط الأقطاب الكهربائية في الشكل. 5. مادة الأنبوب لها اتجاه شعاعي لمتجه الاستقطاب.

عادة ما يكون القطب الداخلي صلبًا. يتم تقسيم القطب الخارجي للماسح الضوئي على طول مولدات الاسطوانة إلى أربعة أقسام. عندما يتم تطبيق الفولتية المضادة للطور على أقسام معاكسة من القطب الخارجي (بالنسبة إلى الجزء الداخلي) ، يتقلص قسم الأنبوب في المكان الذي يتزامن فيه اتجاه المجال مع اتجاه الاستقطاب ، ويحدث الاستطالة حيث يتم توجيهها في اتجاهين متعاكسين. يؤدي هذا إلى ثني الأنبوب في الاتجاه المناسب. وبالتالي ، يتم إجراء المسح في المستوى X ، Y. يؤدي التغيير في جهد القطب الداخلي بالنسبة إلى جميع الأقسام الخارجية إلى استطالة أو تقلص الأنبوب على طول المحور Z. وبالتالي ، من الممكن تنظيم ثلاثة - ماسح ضوئي منسق يعتمد على أنبوب بيزوتى واحد. غالبًا ما تحتوي عناصر المسح الحقيقي على تصميم أكثر تعقيدًا ، لكن مبادئ تشغيلها تظل كما هي.

تُستخدم أيضًا الماسحات الضوئية القائمة على عناصر كهرضغطية ثنائية الشكل على نطاق واسع. ثنائية الشكل عبارة عن لوحين كهرضغطية تم لصقهما معًا بطريقة يتم فيها توجيه نواقل الاستقطاب في كل منهما في اتجاهين متعاكسين (الشكل 6). إذا تم تطبيق الجهد على الأقطاب الكهربائية ثنائية الشكل ، كما هو موضح في الشكل. في الشكل 6 ، ستتوسع إحدى اللوحات وتتقلص الأخرى ، مما يؤدي إلى ثني العنصر بأكمله. في التصميمات الحقيقية للعناصر ثنائية الشكل ، يتم إنشاء فرق جهد بين الأقطاب الكهربائية الداخلية العامة والخارجية بحيث يتزامن الحقل في أحد العناصر مع اتجاه ناقل الاستقطاب ، وفي العنصر الآخر يتم توجيهه بشكل معاكس.

الانحناء Bimorph تحت تأثير المجالات الكهربائية هو الأساس لتشغيل أجهزة فحص piezoscanners ثنائية الشكل. من خلال الجمع بين ثلاثة عناصر ثنائية الشكل في بناء واحد ، من الممكن تنفيذ حامل ثلاثي القوائم على عناصر ثنائية الشكل.

إذا تم تقسيم الأقطاب الكهربائية الخارجية للعنصر ثنائي الشكل إلى أربعة قطاعات ، فمن الممكن تنظيم حركة المسبار على طول المحور Z وفي المستوى X ، Y على عنصر واحد ثنائي الشكل (الشكل 7).

في الواقع ، من خلال تطبيق الفولتية المضادة الطور على أزواج متقابلة من أقسام الأقطاب الكهربائية الخارجية ، من الممكن ثني ثنائي الشكل بحيث يتحرك المسبار في المستوى X ، Y (الشكل 7 (أ ، ب)). وعن طريق تغيير جهد القطب الداخلي بالنسبة لجميع أقسام الأقطاب الكهربائية الخارجية ، من الممكن ثني ثنائي الشكل عن طريق تحريك المسبار في الاتجاه Z (الشكل 7 (ج ، د)).

3.2 اللاخطية للسيراميك البيزو

على الرغم من وجود عدد من المزايا التكنولوجية على البلورات ، إلا أن للسيراميك البيزرامي بعض العيوب التي تؤثر سلبًا على تشغيل عناصر المسح. أحد هذه العيوب هو عدم الخطية للخصائص الكهرضغطية. على التين. 8 ، كمثال ، يظهر اعتماد إزاحة الأنبوب البيزو في الاتجاه Z على حجم الحقل المطبق. في الحالة العامة (خاصةً في مجالات التحكم العالية) ، تتميز السيراميك البيزو باعتماد غير خطي للتشوهات في المجال (أو على جهد التحكم).

وبالتالي ، فإن تشوه السيراميك البيزراميكي هو وظيفة معقدة لمجال كهربائي خارجي:

بالنسبة لحقول التحكم الصغيرة ، يمكن تمثيل هذا الاعتماد بالشكل التالي:

ش = د * E + α * E * E + ...

حيث d و α عبارة عن وحدات خطية وتربيعية للتأثير الكهروإجهادي.

القيم النموذجية للحقول E ، والتي عندها تبدأ التأثيرات غير الخطية في الظهور ، تكون في حدود 100 V / mm. لذلك ، من أجل التشغيل الصحيح لعناصر المسح ، عادةً ما تُستخدم حقول التحكم في المنطقة الخطية للسيراميك (E< Е) .

المجهر الإلكتروني المجس

3.3 زحف السيراميك بيزو والتباطؤ الخزفي بيزو

عيب آخر من السيراميك بيزوسيراميك هو ما يسمى زحف (زحف - زحف) - تأخير في الاستجابة لتغير في حجم المجال الكهربائي للتحكم.

يؤدي الزحف إلى تشوهات هندسية مرتبطة بهذا التأثير في صور SPM. يكون الزحف قويًا بشكل خاص عند إحضار الماسحات الضوئية إلى نقطة معينة للقياسات المحلية وفي المراحل الأولى من عملية المسح. لتقليل تأثير زحف السيراميك ، يتم تطبيق تأخيرات زمنية في هذه العمليات ، مما يسمح بالتعويض الجزئي عن تأخير الماسح الضوئي.

عيب آخر من السيراميك بيزوسيراميك هو غموض اعتماد الاستطالة على اتجاه التغيير في المجال الكهربائي (التخلفية).

هذا يؤدي إلى حقيقة أنه ، في نفس جهد التحكم ، يكون الخزف البيزو في نقاط مختلفة من المسار ، اعتمادًا على اتجاه الحركة. لاستبعاد تشوهات صور SPM بسبب تباطؤ سيراميك بيزوسيراميك ، يتم تسجيل المعلومات عند مسح العينات فقط على أحد فروع الاعتماد.

4. أجهزة دقيقة لتحريك المجس والعينة

4.1 علب التروس الميكانيكية

من المشكلات الفنية المهمة في الفحص المجهري للمسبار الحاجة إلى حركة دقيقة للمسبار والعينة من أجل تكوين فجوة عمل بالمجهر وتحديد مساحة السطح المراد دراستها. لحل هذه المشكلة ، يتم استخدام أنواع مختلفة من الأجهزة التي تنقل الكائنات بدقة عالية. يتم استخدام علب تروس ميكانيكية مختلفة على نطاق واسع ، حيث تتوافق الحركة الخشنة للمحرك الأولي مع الحركة الدقيقة للكائن الذي يتم إزاحته. يمكن أن تكون طرق تقليل عمليات النزوح مختلفة. تستخدم أجهزة الرافعة على نطاق واسع ، حيث يتم تقليل مقدار الحركة بسبب الاختلاف في طول أذرع الرافعات. يظهر مخطط علبة التروس في الشكل. 9.

تتيح الرافعة الميكانيكية الحصول على تقليل الإزاحة بمعامل

وبالتالي ، كلما زادت نسبة الذراع L إلى الذراع l ، زادت دقة التحكم في عملية الاقتراب من المسبار والعينة.

أيضًا ، في تصميمات المجاهر ، يتم استخدام علب التروس الميكانيكية على نطاق واسع ، حيث يتم تحقيق تقليل النزوح بسبب الاختلاف في معاملات الصلابة لعنصرين مرنين متصلين في سلسلة (الشكل 10). يتكون التصميم من قاعدة صلبة ونابض وحزمة مطاطية. يتم اختيار صلابة الزنبرك k والحزمة المرنة K بطريقة تحقق الشرط التالي: k< K .

عامل التخفيض يساوي نسبة معاملات الصلابة للعناصر المرنة:

وبالتالي ، كلما زادت نسبة صلابة الحزمة إلى صلابة الزنبرك ، يمكن التحكم بشكل أكثر دقة في إزاحة عنصر العمل في المجهر.

4.2 المحركات السائر

المحركات السائر (SHED) هي أجهزة كهروميكانيكية تقوم بتحويل النبضات الكهربائية إلى حركات ميكانيكية منفصلة. من المزايا المهمة لمحركات السائر أنها توفر اعتمادًا لا لبس فيه على موضع الدوار على نبضات تيار الإدخال ، بحيث يتم تحديد زاوية دوران الجزء المتحرك بعدد نبضات التحكم. في SHED ، يتم إنشاء عزم الدوران بواسطة التدفقات المغناطيسية الناتجة عن أقطاب الجزء الثابت والدوار ، والتي يتم توجيهها بشكل مناسب بالنسبة لبعضها البعض.

أبسط التصميمات هي محركات مغناطيسية دائمة. وهي تتكون من جزء ثابت به لفات ودوار يحتوي على مغناطيس دائم. على التين. يوضح الشكل 11 تصميمًا مبسطًا لمحرك متدرج.

الأقطاب المتناوبة للدوار لها شكل مستقيم ومتوازي مع محور المحرك. يحتوي المحرك الموضح في الشكل على 3 أزواج من أعمدة الدوار و 2 أزواج من أعمدة الجزء الثابت. يحتوي المحرك على ملفين مستقلين ، كل منهما ملفوف على قطبين متقابلين من الجزء الثابت. المحرك الموضح له حجم خطوة 30 درجة. عندما يتم تشغيل التيار في إحدى اللفات ، يميل الجزء المتحرك إلى اتخاذ موقف يكون فيه أقطاب الجزء المتحرك والجزء الثابت متعاكسين مع بعضهما البعض. للدوران المستمر ، تحتاج إلى تشغيل اللفات بالتناوب.

في الممارسة العملية ، يتم استخدام محركات السائر ، والتي تتميز بتصميم أكثر تعقيدًا وتوفر من 100 إلى 400 خطوة لكل ثورة في الدوار. إذا تم إقران مثل هذا المحرك بوصلة ملولبة ، فعندئذٍ مع خطوة خيطية تبلغ حوالي 0.1 مم ، يتم ضمان دقة تحديد موضع الكائن بحوالي 0.25 - 1 ميكرون. لزيادة الدقة ، يتم استخدام علب تروس ميكانيكية إضافية. تتيح إمكانية التحكم الكهربائي الاستخدام الفعال لـ SHED في الأنظمة الآلية للاقتراب من المسبار وعينة مجاهر مسبار المسح.

4.3 المحركات السائر بيزو

تفرض متطلبات عزل الأجهزة جيدًا عن الاهتزازات الخارجية والحاجة إلى تشغيل مجاهر المسبار في ظروف الفراغ قيودًا خطيرة على استخدام الأجهزة الميكانيكية البحتة لتحريك المسبار والعينة. في هذا الصدد ، تستخدم الأجهزة القائمة على محولات الطاقة الكهرضغطية ، والتي تسمح بالتحكم عن بعد في حركة الأجسام ، على نطاق واسع في مجاهر المسبار.

يظهر أحد تصميمات محرك كهربائي انضغاطي بالقصور الذاتي السائر في الشكل. 12. يحتوي هذا الجهاز على قاعدة (1) يثبت عليها أنبوب كهرضغطية (2). يحتوي الأنبوب على أقطاب (3) على الأسطح الخارجية والداخلية. في نهاية الأنبوب ، يتم تثبيت زنبرك منفصل (4) ، وهو عبارة عن أسطوانة ذات بتلات زنبركية منفصلة. تم تثبيت حامل الكائن (5) في الربيع - أسطوانة ضخمة إلى حد ما بسطح مصقول. يمكن توصيل الكائن المراد نقله بالحامل بزنبرك أو صمولة اتحاد ، مما يسمح للجهاز بالعمل في أي اتجاه في الفضاء.

الجهاز يعمل كالتالي. لتحريك حامل الجسم في اتجاه المحور Z ، يتم تطبيق جهد نبضي ذو سن المنشار على أقطاب الأنبوب البيزو (الشكل 13).

عند الحافة اللطيفة لجهد سن المنشار ، يطول الأنبوب بسلاسة أو يتقلص اعتمادًا على قطبية الجهد ، ويتم إزاحة نهايته ، جنبًا إلى جنب مع الزنبرك وحامل الجسم ، بمسافة:

في اللحظة التي يتم فيها تحرير جهد سن المنشار ، يعود الأنبوب إلى موضعه الأصلي مع التسارع a ، والذي يكون له في البداية قيمة قصوى:

حيث ω هو التردد الرنيني للتذبذبات الطولية للأنبوب. عندما تكون حالة F< ma (m – масса держателя объекта, F - сила трения между держателем объекта и разрезной пружиной), держатель объекта, в силу своей инерционности, проскальзывает относительно разрезной пружины. В результате держатель объекта перемещается на некоторый шаг К Δl относительно исходного положения. Коэффициент К определяется соотношением масс деталей конструкции и жесткостью разрезной пружины. При смене полярности импульсов управляющего напряжения происходит изменение направления движения объекта. Таким образом, подавая пилообразные напряжения различной полярности на электроды пьезотрубки, можно перемещать объект в пространстве и производить сближение зонда и образца в сканирующем зондовом микроскопе .

5. حماية المجاهر المسبار من المؤثرات الخارجية

5.1 حماية الاهتزاز

لحماية الأجهزة من الاهتزازات الخارجية ، يتم استخدام أنواع مختلفة من أنظمة عزل الاهتزازات. تقليديا ، يمكن تقسيمها إلى سلبية ونشطة. الفكرة الرئيسية وراء أنظمة عزل الاهتزازات السلبية هي كما يلي. تتناقص سعة التذبذبات القسرية للنظام الميكانيكي بسرعة مع زيادة الاختلاف بين تردد القوة المثيرة وتردد الرنين الطبيعي للنظام (تظهر خاصية تردد الاتساع النموذجية (AFC) للنظام التذبذب في الشكل 14).

لذلك ، فإن التأثيرات الخارجية ذات الترددات ω> ω ليس لها عمليا أي تأثير ملحوظ على النظام التذبذب. لذلك ، إذا تم وضع رأس القياس لمجس مجس على منصة عازلة للاهتزاز أو على تعليق مرن (الشكل 15) ، فإن الاهتزازات الخارجية فقط ذات الترددات القريبة من تردد الرنين لنظام عزل الاهتزاز ستنتقل إلى جسم المجهر. نظرًا لأن الترددات الطبيعية لرؤوس SPM هي 10-100 كيلو هرتز ، فمن خلال اختيار تردد الرنين لنظام عزل الاهتزاز منخفضًا بدرجة كافية (من 5-10 هرتز) ، فمن الممكن حماية الجهاز بشكل فعال من الاهتزازات الخارجية. من أجل إخماد الاهتزازات عند ترددات الرنين الطبيعية ، يتم إدخال عناصر مشتتة ذات احتكاك لزج في أنظمة عزل الاهتزازات.

وبالتالي ، من أجل توفير حماية فعالة ، من الضروري أن يكون تردد الرنين لنظام عزل الاهتزاز منخفضًا قدر الإمكان. ومع ذلك ، من الصعب تحقيق ترددات منخفضة جدًا في الممارسة العملية.

يتم استخدام الأنظمة النشطة لقمع الاهتزازات الخارجية بنجاح لحماية رؤوس SPM. هذه الأجهزة عبارة عن أنظمة كهروميكانيكية ذات ردود فعل سلبية ، مما يضمن وضعًا ثابتًا لمنصة عزل الاهتزاز في الفضاء (الشكل 16).

5.2 حماية ضد الضوضاء الصوتية

مصدر آخر لاهتزاز العناصر الهيكلية لمجاهر المسبار هو الضوضاء الصوتية ذات الطبيعة المختلفة.

من سمات التداخل الصوتي أن الموجات الصوتية تؤثر بشكل مباشر على العناصر الهيكلية لرؤوس SPM ، مما يؤدي إلى اهتزازات المسبار بالنسبة لسطح العينة قيد الدراسة. لحماية SPM من التداخل الصوتي ، يتم استخدام أغطية واقية مختلفة لتقليل مستوى التداخل الصوتي في منطقة فجوة العمل بالمجهر. إن الحماية الأكثر فعالية ضد التداخل الصوتي هي وضع رأس القياس لمجهر المسبار في غرفة مفرغة (الشكل 17).

5.3 استقرار الانجراف الحراري لموضع المسبار فوق السطح

تتمثل إحدى المشكلات المهمة لـ SPM في مشكلة تثبيت موضع المسبار فوق سطح العينة قيد الدراسة. المصدر الرئيسي لعدم استقرار موضع المجس هو التغيير في درجة الحرارة المحيطة أو تسخين العناصر الهيكلية لمجهر المسبار أثناء تشغيله. يؤدي التغيير في درجة حرارة مادة صلبة إلى حدوث تشوهات لدنة حرارية. مثل هذه التشوهات لها تأثير كبير على عمل مجاهر المسبار. لتقليل الانجراف الحراري ، يتم استخدام التحكم في درجة الحرارة لرؤوس قياس SPM أو يتم إدخال عناصر التعويض الحراري في تصميم الرؤوس. فكرة التعويض الحراري هي كما يلي. يمكن تمثيل أي تصميم SPM كمجموعة من العناصر ذات معاملات تمدد حراري مختلفة (الشكل 18 (أ)).

للتعويض عن الانجراف الحراري ، يتم إدخال عناصر تعويضية مع معاملات تمدد مختلفة في تصميم رؤوس قياس SPM ، بحيث يتم استيفاء شرط مجموع التمددات الحرارية في الأذرع المختلفة للهيكل:

ΔL = ∑ ΔL = ΔT ∑αl0

إن أبسط طريقة لتقليل الانجراف الحراري لموضع المسبار على طول المحور Z هي إدخال عناصر تعويضية مصنوعة من نفس المادة وبنفس الأبعاد المميزة للعناصر الهيكلية الرئيسية في تصميم SPM (الشكل 18 (ب)). عندما تتغير درجة حرارة هذا التصميم ، فإن إزاحة المسبار في اتجاه Z ستكون ضئيلة. لتحقيق الاستقرار في موضع المجس في المستوى X و Y ، يتم تصنيع رؤوس القياس للمجاهر في شكل هياكل متناظرة محوريًا.

6. تشكيل ومعالجة صور SPM

6.1 عملية المسح

تشبه عملية مسح السطح في مجهر مسبار المسح حركة شعاع الإلكترون عبر شاشة في أنبوب أشعة الكاثود في التلفزيون. يتحرك المسبار على طول الخط (الخط) ، أولاً في الأمام ثم في الاتجاه المعاكس (مسح الخط) ، ثم ينتقل إلى الخط التالي (مسح الإطار) (الشكل 19). تتم حركة المسبار بمساعدة ماسح ضوئي بخطوات صغيرة تحت تأثير جهد سن المنشار الناتج عن المحولات الرقمية إلى التناظرية. يتم إجراء تسجيل المعلومات حول تضاريس السطح ، كقاعدة عامة ، على مسار مستقيم.

يتم تخزين المعلومات التي تم الحصول عليها باستخدام مجهر مسبار المسح كإطار SPM - مجموعة ثنائية الأبعاد من الأعداد الصحيحة أ (مصفوفة). يتم تحديد المعنى المادي لهذه الأرقام من خلال القيمة التي تم ترقيمها أثناء عملية المسح. تتوافق كل قيمة من قيم زوج المؤشرات ij مع نقطة معينة من السطح داخل مجال المسح. تُحسب إحداثيات نقاط السطح بضرب المؤشر المقابل ببساطة في المسافة بين النقاط التي تم فيها تسجيل المعلومات.

كقاعدة عامة ، إطارات SPM عبارة عن مصفوفات مربعة بحجم 2 (بشكل أساسي 256 × 256 و 512 × 512 عنصرًا). يتم تنفيذ تصور إطارات SPM عن طريق رسومات الكمبيوتر ، بشكل أساسي في شكل صور ثلاثية الأبعاد (3D) وسطوع ثنائي الأبعاد (2D). في التصور ثلاثي الأبعاد ، يتم إنشاء صورة السطح في منظور محوري باستخدام وحدات البكسل أو الخطوط. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدام طرق مختلفة لإبراز وحدات البكسل المقابلة لارتفاعات مختلفة لتضاريس السطح. الطريقة الأكثر فعالية لتلوين الصور ثلاثية الأبعاد هي محاكاة ظروف إضاءة السطح بواسطة مصدر نقطي يقع في نقطة ما في الفضاء فوق السطح (الشكل 20). في هذه الحالة ، من الممكن التأكيد على التفاوت الصغير في التخفيف. أيضًا ، عن طريق معالجة الكمبيوتر والرسومات ، يتم تنفيذ تحجيم وتدوير صور 3D SPM. في العرض ثنائي الأبعاد ، يتم تخصيص لون لكل نقطة على سطح ما. الأكثر استخدامًا هي لوحات التدرج اللوني ، حيث يتم تلوين الصورة بنبرة لون معين وفقًا لارتفاع نقطة السطح.

ترتبط قياسات SPM المحلية ، كقاعدة عامة ، بتسجيل تبعيات الكميات قيد الدراسة على معايير مختلفة. على سبيل المثال ، هذه هي تبعيات التيار الكهربائي من خلال ملامسة سطح المسبار على الجهد المطبق ، واعتماد المعلمات المختلفة لتفاعل القوة بين المسبار والسطح على مسافة عينة المسبار ، وما إلى ذلك. يتم تخزين هذه المعلومات في شكل مصفوفات ناقلات أو في شكل مصفوفات 2 × N. من أجل تصورهم يوفر برنامج المجهر مجموعة من الأدوات القياسية لعرض الرسوم البيانية للوظائف.

6.2 طرق إنشاء ومعالجة الصور

عند دراسة خصائص الأجسام باستخدام مجس المسح المجهري ، تكون النتيجة الرئيسية للبحث العلمي ، كقاعدة عامة ، صور ثلاثية الأبعاد لسطح هذه الكائنات. تعتمد كفاية تفسير الصور على مؤهلات الاختصاصي. في الوقت نفسه ، عند معالجة الصور وبناءها ، يتم استخدام عدد من التقنيات التقليدية ، والتي يجب أن تكون على دراية بها عند تحليل الصور. ظهر مجهر المسح الضوئي في وقت التطوير المكثف لتكنولوجيا الكمبيوتر. لذلك ، عند تسجيل الصور ثلاثية الأبعاد ، استخدمت طرق تخزين المعلومات الرقمية المطورة لأجهزة الكمبيوتر. نتج عن ذلك راحة كبيرة في تحليل الصور ومعالجتها ، ولكن كان لابد من التضحية بالجودة الفوتوغرافية الكامنة في طرق الفحص المجهري الإلكتروني. يتم تمثيل المعلومات التي تم الحصول عليها باستخدام مجهر مسبار في الكمبيوتر في شكل مصفوفة ثنائية الأبعاد من الأعداد الصحيحة. يمكن أن يكون كل رقم في هذه المصفوفة ، اعتمادًا على وضع المسح ، هو قيمة تيار النفق ، أو قيمة الانحراف ، أو قيمة بعض الوظائف الأكثر تعقيدًا. إذا عرضت هذه المصفوفة على شخص ما ، فلن يتمكن من الحصول على أي فكرة متماسكة عن السطح قيد الدراسة. لذا ، فإن المشكلة الأولى هي تحويل الأرقام إلى صيغة مقروءة. ويتم ذلك بالطريقة التالية. تقع الأرقام في المصفوفة الأصلية في نطاق معين ، وهناك قيم دنيا وقيم. يتم تخصيص لوحة ألوان لهذا النطاق من الأعداد الصحيحة. وبالتالي ، يتم تعيين كل قيمة من قيم المصفوفة إلى نقطة من لون معين على صورة مستطيلة. يصبح الصف والعمود الذي يحتوي على هذه القيمة إحداثيات النقطة. نتيجة لذلك ، نحصل على صورة يتم فيها ، على سبيل المثال ، نقل ارتفاع السطح بالألوان - كما هو الحال في الخريطة الجغرافية. لكن على الخريطة ، تُستخدم عادةً عشرات الألوان فقط ، وفي صورتنا هناك المئات والآلاف منها. لتسهيل الإدراك ، يجب إرسال النقاط القريبة من الارتفاع بألوان متشابهة. قد يتضح ، وكقاعدة عامة ، أن نطاق القيم الأولية أكبر من عدد الألوان الممكنة. في هذه الحالة ، هناك ضياع في المعلومات ، والزيادة في عدد الألوان ليست مخرجًا ، لأن إمكانيات العين البشرية محدودة. مطلوب معالجة إضافية للمعلومات ، واعتمادًا على المهام ، يجب أن تكون المعالجة مختلفة. يحتاج بعض الأشخاص إلى رؤية الصورة كاملة ، بينما يرغب البعض الآخر في رؤية التفاصيل. يتم استخدام طرق مختلفة لهذا الغرض.

6.3 طرح المنحدر الثابت

تميل الصور السطحية الملتقطة بمجاهر المجس إلى أن يكون لها منحدر عام. قد يكون هذا بسبب عدة أسباب. أولاً ، قد يظهر المنحدر بسبب الوضع غير الدقيق للعينة بالنسبة للمسبار ؛ ثانيًا ، يمكن أن يرتبط بانحراف درجة الحرارة ، مما يؤدي إلى إزاحة المسبار بالنسبة للعينة ؛ ثالثًا ، قد يكون بسبب عدم خطية حركات piezoscanner. يتم إنفاق قدر كبير من المساحة القابلة للاستخدام في إطار SPM على عرض الإمالة ، بحيث تصبح تفاصيل الصورة الصغيرة غير مرئية. للقضاء على هذا العيب ، يتم إجراء عملية طرح المنحدر الثابت. للقيام بذلك ، في المرحلة الأولى ، يتم العثور على المستوى التقريبي بطريقة المربعات الصغرى

Р (х ، y) ، التي لها انحرافات طفيفة عن تضاريس السطح Z = f (x ، y) ، ثم يتم طرح هذا المستوى من صورة SPM. من المناسب إجراء عملية الطرح بطرق مختلفة ، اعتمادًا على طبيعة المنحدر.

إذا كان الميل في صورة SPM ناتجًا عن إمالة العينة بالنسبة لعينة المسبار ، فمن المستحسن تدوير المستوى بزاوية مقابلة للزاوية بين المستوى الطبيعي والمحور Z ؛ في هذه الحالة ، يتم تحويل إحداثيات السطح Z = f (x ، y) وفقًا لتحولات الدوران المكاني. ومع ذلك ، مع هذا التحول ، من الممكن الحصول على صورة للسطح في شكل دالة متعددة القيم Z = f (x ، y). إذا كان المنحدر ناتجًا عن الانجراف الحراري ، فسيتم تقليل إجراء طرح المنحدر لطرح إحداثيات Z للمستوى من إحداثيات Z لصورة SPM:

والنتيجة هي مصفوفة ذات نطاق أصغر من القيم ، وستنعكس التفاصيل الدقيقة في الصورة بألوان أكثر ، وتصبح أكثر وضوحًا.

6.4 القضاء على التشوهات المرتبطة بالماسح الضوئي غير المثالي

يؤدي النقص في خصائص الماسح الضوئي إلى حقيقة أن صورة SPM تحتوي على عدد من التشوهات المحددة. يتم تعويض بعض الخصائص غير المثالية للماسح الضوئي ، مثل السكتات الدماغية غير المتساوية للأمام والخلف للماسحة الضوئية (التباطؤ) ، والزحف وغير الخطي للخزف البيزو عن طريق الأجهزة واختيار أوضاع المسح المثلى. ومع ذلك ، على الرغم من ذلك ، تحتوي صور SPM على تشوهات يصعب القضاء عليها على مستوى الأجهزة. على وجه الخصوص ، نظرًا لأن حركة الماسح الضوئي في مستوى العينة تؤثر على موضع المجس فوق السطح ، فإن صور SPM هي تراكب للتخفيف الحقيقي وبعض السطح من الترتيب الثاني (وغالبًا ما يكون أعلى).

للقضاء على هذا النوع من التشويه ، يتم استخدام طريقة المربعات الصغرى للعثور على سطح تقريبي من الدرجة الثانية Р (x ، y) ، والذي يحتوي على انحرافات دنيا عن الوظيفة الأصلية Z = f (x ، y) ، ومن ثم يكون هذا السطح هو مطروح من صورة SPM الأصلية:

يرتبط نوع آخر من التشويه بالحركات اللاخطية وغير المتعامدة لحركات الماسح الضوئي في المستوي X و Y. وهذا يؤدي إلى تشويه النسب الهندسية في أجزاء مختلفة من صورة SPM للسطح. للقضاء على مثل هذه التشوهات ، يتم تنفيذ الإجراء الخاص بتصحيح صور SPM باستخدام ملف معاملات التصحيح ، والذي يتم إنشاؤه عند مسح هياكل الاختبار بتخفيف معروف جيدًا بواسطة ماسح ضوئي معين.

6.5 ترشيح صور SPM

ضوضاء المعدات (بشكل أساسي ضجيج مكبرات الصوت عالية الحساسية) ، وعدم استقرار التلامس مع عينة التحقيق أثناء المسح ، والضوضاء الصوتية الخارجية والاهتزازات تؤدي إلى حقيقة أن صور SPM ، إلى جانب المعلومات المفيدة ، تحتوي على مكون ضوضاء. يمكن إزالة ضوضاء صور SPM جزئيًا بواسطة البرنامج.

6.6 ترشيح متوسط

يتم الحصول على نتائج جيدة في إزالة الضوضاء العشوائية عالية التردد في إطارات SPM عن طريق الترشيح المتوسط. هذه طريقة معالجة غير خطية للصور ، يمكن شرح جوهرها على النحو التالي. يتم تحديد نافذة عامل تصفية تتكون من نقاط nxn (من أجل التحديد ، نأخذ نافذة 3 × 3 ، أي تحتوي على 9 نقاط (الشكل 24)).

في عملية التصفية ، تنتقل هذه النافذة عبر الإطار من نقطة إلى أخرى ، ويتم تنفيذ الإجراء التالي. يتم ترتيب قيم السعة لصورة SPM في نقاط هذه النافذة بترتيب تصاعدي ، ويتم وضع القيمة في وسط الصف الذي تم فرزه في النقطة المركزية للنافذة. ثم تنتقل النافذة إلى النقطة التالية ، ويتكرر إجراء الفرز. وبالتالي ، فإن القيم المتطرفة والانخفاضات العشوائية القوية في مثل هذا الفرز تنتهي دائمًا على حافة الصفيف المصنف ولن يتم تضمينها في الصورة النهائية (المصفاة). مع هذه المعالجة ، تظل المساحات غير المفلترة عند حواف الإطار ، والتي يتم تجاهلها في الصورة النهائية.

6.7 طرق استعادة السطح من صورة SPM الخاصة به

أحد العيوب المتأصلة في جميع طرق الفحص المجهري للمسبار هو الحجم المحدود لجزء العمل من المجسات المستخدمة. يؤدي هذا إلى تدهور كبير في الدقة المكانية للمجاهر وتشوهات كبيرة في صور SPM عند مسح الأسطح مع وجود مخالفات إغاثة مماثلة للأبعاد المميزة لجزء العمل من المسبار.

في الواقع ، الصورة التي تم الحصول عليها في SPM هي "التفاف" للمسبار والسطح قيد الدراسة. تم توضيح عملية "الالتواء" لشكل المجس مع تضاريس السطح في الحالة أحادية البعد في الشكل. 25.

جزئيًا ، يمكن حل هذه المشكلة بالطرق التي تم تطويرها مؤخرًا لإعادة بناء صور SPM ، بناءً على معالجة الكمبيوتر لبيانات SPM ، مع مراعاة الشكل المحدد للمسبارات. الطريقة الأكثر فاعلية لإعادة بناء السطح هي طريقة deconvolution العددي ، والتي تستخدم شكل المسبار الذي تم الحصول عليه تجريبياً عند اختبار المسح (باستخدام تضاريس سطحية معروفة).

وتجدر الإشارة إلى أن الاستعادة الكاملة لسطح العينة لا يمكن تحقيقها إلا إذا تم استيفاء شرطين: لمس المسبار جميع نقاط السطح أثناء المسح ، وفي كل لحظة لمس المسبار نقطة واحدة فقط من السطح. ومع ذلك ، إذا لم يتمكن المسبار من الوصول إلى مناطق معينة من السطح أثناء المسح (على سبيل المثال ، إذا كانت العينة تحتوي على أقسام متدلية من الإغاثة) ، فعندئذٍ تحدث استعادة جزئية فقط للتخفيف. علاوة على ذلك ، كلما زاد عدد نقاط السطح التي لمسها المسبار أثناء المسح ، يمكن إعادة بناء السطح بشكل أكثر موثوقية.

من الناحية العملية ، فإن صورة SPM والشكل المحدد تجريبياً للمسبار عبارة عن مصفوفات ثنائية الأبعاد من القيم المنفصلة ، والتي يكون المشتق منها عبارة عن كمية محددة بشكل سيئ. لذلك ، بدلاً من حساب مشتق الوظائف المنفصلة في الممارسة العملية ، في التفكيك العددي لصور SPM ، يتم استخدام شرط الحد الأدنى للمسافة بين المسبار والسطح عند المسح بمتوسط ​​ارتفاع ثابت.

في هذه الحالة ، يمكن اعتبار الحد الأدنى للمسافة بين نقطة المسبار ونقطة السطح المقابلة لموضع معين للمسبار بالنسبة للسطح ارتفاع ارتياح السطح عند نقطة معينة. في معناه المادي ، هذا الشرط مكافئ لشرط المساواة بين المشتقات ، ومع ذلك ، فإنه يسمح للمرء بالبحث عن نقاط اتصال المسبار بالسطح بطريقة أكثر ملاءمة ، مما يقلل بشكل كبير من وقت إعادة بناء الإغاثة.

لمعايرة وتحديد شكل جزء العمل من المجسات ، يتم استخدام هياكل اختبار خاصة مع معلمات معروفة لتخفيف السطح. أنواع هياكل الاختبار الأكثر شيوعًا وصورها المميزة التي تم الحصول عليها باستخدام مجهر القوة الذرية موضحة في الشكل. 26 والتين. 27.

تسمح شبكة القياس الشائك بمحاذاة جيدة لطرف المجس ، بينما تساعد الشبكة المستطيلة في إعادة تشكيل السطح الجانبي. من خلال الجمع بين نتائج مسح هذه الشبكات ، من الممكن استعادة شكل جزء العمل من المجسات تمامًا.

7. الحديثة SPM

1) مجهر مسح ضوئي SM-300

مصمم لدراسة السمات المورفولوجية وهيكل مساحة المسام. يحتوي SM-300 (الشكل 28) على مجهر تحديد المواقع البصري المدمج الذي يلغي الحاجة إلى البحث اللامتناهي عن منطقة الاهتمام. يتم عرض صورة بصرية ملونة للعينة ، مع زيادة طفيفة ، على شاشة الكمبيوتر. يتوافق التقاطع الموجود في الصورة الضوئية مع موضع شعاع الإلكترون. باستخدام الشعيرات المتقاطعة ، يمكن إجراء تحديد المواقع بسرعة لتحديد منطقة الاهتمام لتحليل البيانات النقطية.

أرز. 28. المجهر الإلكتروني SPM SM-300. تم تجهيز وحدة تحديد المواقع البصرية بجهاز كمبيوتر منفصل ، مما يضمن استقلالية أجهزتها عن مجهر المسح.

قدرات SM-300

دقة مضمونة 4 نانومتر

مجهر تحديد المواقع البصرية الفريد (اختياري)

· برنامج Windows® بديهي

مجهر وتصوير مسح ضوئي يتم التحكم فيه بواسطة الكمبيوتر بالكامل

إخراج التلفزيون القياسي مع معالجة الإشارات الرقمية

التحكم الحاسوبي في نظام الفراغ المنخفض (خيار)

يتم إجراء جميع الدراسات في نفس موضع المحور التطبيقي (12 مم)

التحليل الدقيق للأشعة السينية الأولية في أوضاع الفراغ المنخفضة والعالية (اختياري)

القدرة على العمل في ظروف إضاءة الغرفة العادية

فحص العينات غير الموصلة بدون تحضيرها الأولي

دقة 5.5 نانومتر في وضع الفراغ المنخفض

برنامج التحكم في تبديل الأوضاع

نطاق فراغ الغرفة المحدد 1.3 - 260 باسكال

عرض صورة على شاشة الكمبيوتر

مستشعر Robinson المتراكم على شكل حرف V التسلسلي

2) Supra50VP مجهر مسح ضوئي عالي الدقة مع نظام INCA Energy + Oxford للتحليل الدقيق.

الجهاز (الشكل 29) مخصص للبحث في جميع مجالات علم المواد ، في مجال النانو والتقنيات الحيوية. تتعامل الأداة مع أحجام عينات كبيرة وتدعم عملية الضغط المتغير للعينات غير الموصلة بدون تحضير. أرز. 29. SPM Supra50VP

المعلمات:

تسريع الجهد 100 فولت - 30 كيلو فولت (كاثود انبعاث المجال)

الأعلى. تكبير يصل إلى 900000 ×

دقة فائقة - تصل إلى 1 نانومتر (عند 20 كيلو فولت)

وضع الفراغ بضغط متغير من 2 إلى 133 باسكال

تسريع الجهد - من 0.1 إلى 30 كيلو فولت

مرحلة بمحركات بخمس درجات من الحرية

دقة الكاشف EDX 129 eV على خط Ka (Mn) ، يصل معدل العد إلى 100000 نبضة / ثانية

3) مجهر LEO SUPRA 25 المحدث بعمود "GEMINI" وانبعاث ميداني (الشكل 30).

- مصممة لأبحاث التحليل النانوي

- يمكن توصيل كل من أنظمة EDX و WDX للتحليل الدقيق

- الدقة 1.5 نانومتر عند 20 كيلو فولت ، 2 نانومتر عند 1 كيلو فولت.

استنتاج

على مدى السنوات الماضية ، أتاح استخدام الفحص المجهري للمسبار تحقيق نتائج علمية فريدة في مختلف مجالات الفيزياء والكيمياء والبيولوجيا.

إذا كانت أول مجاهر مسبار المسح عبارة عن مؤشرات للبحث النوعي ، فإن مجهر مسبار المسح الحديث هو جهاز يدمج ما يصل إلى 50 طريقة بحث مختلفة. إنه قادر على إجراء عمليات إزاحة محددة في نظام عينة المجس بدقة 0.1٪ ، وحساب عامل شكل المسبار ، وإجراء قياسات دقيقة بأحجام كبيرة بما فيه الكفاية (حتى 200 ميكرومتر في مستوى المسح و 15-20 ميكرون في الارتفاع) وفي نفس الوقت ، تقدم دقة تحت الجزيئية.

أصبحت مجاهر المسح الضوئي واحدة من أكثر فئات أدوات البحث العلمي طلبًا في السوق العالمية. يتم إنشاء تصميمات جديدة للأدوات بشكل مستمر ومتخصصة في تطبيقات مختلفة.

يتطلب التطور الديناميكي لتكنولوجيا النانو المزيد والمزيد من التوسع في قدرات تكنولوجيا البحث. تعمل شركات التكنولوجيا الفائقة في جميع أنحاء العالم على إنشاء الأبحاث والمجمعات النانوية التكنولوجية التي تجمع بين مجموعات كاملة من الأساليب التحليلية ، مثل مطيافية رامان ، والتحليل الطيفي للتلألؤ ، والتحليل الطيفي بالأشعة السينية لتحليل العناصر ، والفحص المجهري البصري عالي الدقة ، والمجهر الإلكتروني ، تركز الحزم الأيونية. تكتسب الأنظمة قدرات فكرية قوية: القدرة على التعرف على الصور وتصنيفها ، وتسليط الضوء على التناقضات المطلوبة ، وتتمتع بالقدرة على نمذجة النتائج ، ويتم توفير قوة الحوسبة من خلال استخدام أجهزة الكمبيوتر العملاقة.

تتمتع التقنية المتطورة بإمكانيات قوية ، لكن الهدف النهائي من استخدامها هو الحصول على نتائج علمية. إن إتقان قدرات هذه التقنية في حد ذاته مهمة على درجة عالية من التعقيد ، وتتطلب تدريب متخصصين مؤهلين تأهيلاً عالياً قادرين على استخدام هذه الأجهزة والأنظمة بفعالية.

فهرس

1. نيفولين ف.ك. أساسيات تكنولوجيا مجسات الأنفاق / ف.ك.نيفولين ، - م: ناوكا ، 1996 ، - 91 ص.

2. Kulakov Yu. A. المجهر الإلكتروني / Yu. A. Kulakov، - M: Knowledge، 1981، - 64 p.

3 - فولودين أ. المسح المجهري / A.P. Volodin ، - M: Nauka ، 1998 ، - 114 ص.

4. الفحص المجهري للمسبار الماسح للبوليمرات الحيوية / تم تحريره بواسطة I.V. Yaminsky، - M: Nauchny Mir، 1997، - 86 p.

5. Mironov V. أساسيات الفحص المجهري للمسبار / ف.ميرونوف ، - م: تكنوسفيرا ، 2004 ، - 143 ص.

6. ريكوف س أ. الفحص المجهري للمسبار لمواد أشباه الموصلات / S. A. Rykov ، سانت بطرسبرغ: Nauka ، 2001 ، 53 p.

7. Bykov V. A.، Lazarev M. I. Scanning Microscopy for Science and Industry / V. A. Bykov، M. 7 - 14.

7. تطبيق مجهر مسح ضوئي لدراسة الأجسام البيولوجية

7. تطبيق مجهر مسح ضوئي لدراسة الأجسام البيولوجية 1

7.1 أهداف العمل 2

7.2 معلومات للمعلم 3

7.4. المبادئ التوجيهية 31

7.5 السلامة 32

7.6 المهمة 32

7.7 أسئلة أمنية 32

7.8 الأدب 32

تم تطوير العمل المخبري من قبل جامعة ولاية نيجني نوفغورود. ن. لوباتشيفسكي

7.1. أهداف العمل

تعد دراسة المعلمات المورفولوجية للتركيبات البيولوجية مهمة مهمة لعلماء الأحياء ، لأن حجم وشكل بعض الهياكل يحددان إلى حد كبير خصائصها الفسيولوجية. بمقارنة البيانات المورفولوجية بالخصائص الوظيفية ، يمكن للمرء الحصول على معلومات كاملة حول مشاركة الخلايا الحية في الحفاظ على التوازن الفسيولوجي لجسم الإنسان أو الحيوان.

في السابق ، أتيحت الفرصة لعلماء الأحياء والأطباء لدراسة استعداداتهم فقط على المجاهر البصرية والإلكترونية. أعطت هذه الدراسات بعض الصور لمورفولوجيا الخلايا الثابتة والملطخة وذات الطلاء المعدني الرقيق الذي تم الحصول عليه عن طريق الرش. لم يكن من الممكن دراسة مورفولوجيا الكائنات الحية ، وتغيراتها تحت تأثير العوامل المختلفة ، لكنها كانت مغرية للغاية.

لقد فتح الفحص المجهري للمسبار (SPM) إمكانيات جديدة في دراسة الخلايا والبكتيريا والجزيئات البيولوجية والحمض النووي في ظل ظروف قريبة قدر الإمكان من تلك الأصلية. يسمح لك SPM بدراسة الكائنات البيولوجية بدون مثبتات وأصباغ خاصة ، في الهواء ، أو حتى في وسط سائل.

حاليًا ، يتم استخدام SPM في مجموعة متنوعة من التخصصات ، سواء في البحث العلمي الأساسي أو في التطورات التطبيقية ذات التقنية العالية. تم تجهيز العديد من معاهد البحوث في البلاد بمعدات الفحص المجهري. في هذا الصدد ، يتزايد باستمرار الطلب على المتخصصين المؤهلين تأهيلا عاليا. لتلبية هذا المطلب ، طورت NT-MDT (Zelenograd ، روسيا) مختبرًا تعليميًا وعلميًا متخصصًا لفحص الفحص المجهري للمسبار NanoEducator.

SPM NanoEducatorمصمم خصيصًا للطلاب لإجراء الأعمال المخبرية. يستهدف هذا الجهاز جمهور الطلاب: يتم التحكم فيه بالكامل بواسطة جهاز كمبيوتر ، وله واجهة بسيطة وبديهية ، ودعم الرسوم المتحركة ، ويتضمن التطوير التدريجي للتقنيات ، وغياب الإعدادات المعقدة والمواد الاستهلاكية غير المكلفة.

في هذا العمل المخبري ، ستتعرف على الفحص المجهري للمسبار ، والتعرف على أساسياته ، ودراسة تصميم ومبادئ التعليم SPM NanoEducator، تعرف على كيفية تحضير المستحضرات البيولوجية للبحث ، احصل على أول صورة SPM لمركب من بكتيريا حمض اللاكتيك وتعلم أساسيات معالجة نتائج القياس وتقديمها.

7.2 معلومات للمعلم 1

يتم عمل المختبر على عدة مراحل:

1. يتم تحضير العينة من قبل كل طالب على حدة.

2. يتم الحصول على الصورة الأولى على جهاز واحد بإشراف مدرس ، ثم يقوم كل طالب بفحص عينته بشكل مستقل.

3. تتم معالجة البيانات التجريبية من قبل كل طالب على حدة.

عينة للبحث: بكتيريا حمض اللاكتيك على ساترة.

قبل البدء في العمل ، من الضروري اختيار مسبار يتميز بخاصية السعة والتردد الأكثر تميزًا (الحد الأقصى المتماثل الفردي) ، للحصول على صورة لسطح العينة قيد الدراسة.

يجب أن يتضمن تقرير المعمل:

1. الجزء النظري (إجابات لأسئلة المراقبة).

2. نتائج الشق التجريبي (وصف البحث والنتائج التي تم الحصول عليها والاستنتاجات المستخلصة).

1. طرق دراسة مورفولوجيا الكائنات البيولوجية.

2. مجهر المسح الضوئي:

تصميم SPM

أصناف من SPM: STM ، AFM ؛

تنسيق بيانات SPM ، تصور بيانات SPM.

3. تحضير العينات لدراسات SPM:

مورفولوجيا وهيكل الخلايا البكتيرية.

تحضير الاستعدادات لدراسة التشكل باستخدام SPM.

4. التعرف على برنامج التصميم والتحكم لـ SPM NanoEducator.

5. الحصول على صورة SPM.

6. معالجة وتحليل الصور الواردة. التوصيف الكمي لصور SPM

طرق دراسة مورفولوجيا الكائنات البيولوجية

القطر المميز للخلايا هو 10 20 ميكرومتر ، البكتيريا - من 0.5 إلى 3 5 ميكرومتر ، هذه القيم أصغر بخمس مرات من أصغر جسيم مرئي للعين المجردة. لذلك ، أصبحت الدراسة الأولى للخلايا ممكنة فقط بعد ظهور المجاهر الضوئية. في نهاية القرن السابع عشر. أنتج أنطونيو فان ليوينهوك أول مجهر ضوئي ، قبل ذلك لم يكن الناس يشكون في وجود الميكروبات والبكتيريا المسببة للأمراض [المرجع. 7 -1].

المجهر الضوئي

ترجع الصعوبات في دراسة الخلايا إلى حقيقة أنها عديمة اللون وشفافة ، لذلك لم يتم اكتشاف هياكلها الأساسية إلا بعد إدخال الأصباغ موضع التنفيذ. قدمت الأصباغ تباينًا كافيًا للصورة. باستخدام المجهر الضوئي ، يمكن للمرء أن يميز الأشياء التي تبعد 0.2 ميكرومتر عن بعضها البعض ، أي أصغر الأشياء التي لا يزال من الممكن تمييزها في المجهر الضوئي هي البكتيريا والميتوكوندريا. يتم تشويه صور عناصر الخلية الأصغر بالتأثيرات التي تسببها الطبيعة الموجية للضوء.

لتحضير مستحضرات طويلة الأمد ، يتم معالجة الخلايا بعامل تثبيت من أجل تجميدها والحفاظ عليها. بالإضافة إلى ذلك ، يزيد التثبيت من إمكانية وصول الخلايا إلى الأصباغ ، لأن. يتم تثبيت الجزيئات الكبيرة للخلايا معًا عن طريق روابط متقاطعة ، والتي تعمل على استقرارها وتثبيتها في وضع معين. في أغلب الأحيان ، تعمل الألدهيدات والكحولات كمثبتات (على سبيل المثال ، يشكل الجلوتارالدهيد أو الفورمالديهايد روابط تساهمية مع مجموعات أمينية مجانية من البروتينات والجزيئات المجاورة المتشابكة). بعد التثبيت ، يتم قطع الأنسجة عادةً باستخدام مبضع مشراح إلى أقسام رفيعة جدًا (من 1 إلى 10 ميكرومتر) ، ثم يتم وضعها على شريحة زجاجية. باستخدام طريقة التحضير هذه ، يمكن أن تتلف بنية الخلايا أو الجزيئات الكبيرة ، لذا فإن التجميد السريع هو الطريقة المفضلة. يتم قطع الأنسجة المجمدة بواسطة مشراح يوضع في غرفة باردة. بعد التقسيم ، الخلايا ملطخة. في الأساس ، يتم استخدام الأصباغ العضوية لهذا الغرض (أخضر الملاكيت ، السودان الأسود ، إلخ). يتميز كل منها بانجذاب معين للمكونات الخلوية ، على سبيل المثال ، للهيماتوكسيلين تقارب للجزيئات سالبة الشحنة ، وبالتالي ، فإنه يجعل من الممكن اكتشاف الحمض النووي في الخلايا. إذا كان هناك جزيء واحد أو آخر موجود في الخلية بكمية صغيرة ، فمن الأنسب استخدام الفحص المجهري الفلوري.

المجهر مضان

تمتص الأصباغ الفلورية الضوء ذو طول موجي واحد وتنبعث منه ضوء طول موجي آخر أطول. إذا تم تشعيع هذه المادة بالضوء الذي يتطابق طوله الموجي مع الطول الموجي للضوء الذي تمتصه الصبغة ، ثم يتم استخدام مرشح للتحليل الذي ينقل الضوء بطول موجة يتوافق مع الضوء المنبعث من الصبغة ، يمكن اكتشاف جزيء الفلورسنت عن طريق التوهج في حقل مظلم. تعتبر الكثافة العالية للضوء المنبعث سمة مميزة لهذه الجزيئات. يتضمن استخدام الأصباغ الفلورية لتلطيخ الخلايا استخدام مجهر فلورسنت خاص. يشبه هذا المجهر المجهر الضوئي التقليدي ، لكن الضوء من مصباح ضوئي قوي يمر عبر مجموعتين من المرشحات - واحدة لإيقاف جزء من إشعاع المنور أمام العينة والآخر لتصفية الضوء الوارد من العينة. يتم اختيار المرشح الأول بطريقة تنقل الضوء فقط من الطول الموجي الذي يثير صبغة الفلورسنت الخاصة ؛ في الوقت نفسه ، يحجب المرشح الثاني هذا الضوء الساقط ويسمح للضوء بطول الموجة المنبعث من الصبغة عندما تتألق.

غالبًا ما يستخدم الفحص المجهري الفلوري لتحديد بروتينات معينة أو جزيئات أخرى تصبح مشعة بعد ارتباطها تساهميًا بالأصباغ الفلورية. لهذا الغرض ، عادة ما يتم استخدام صبغتين - فلوريسئين ،الذي يعطي وميض أصفر-أخضر مكثف بعد الإثارة بضوء أزرق فاتح ، و رودامين ،تسبب في تألق أحمر غامق بعد الإثارة بضوء أصفر-أخضر. باستخدام كل من الفلورسين والرودامين للتلوين ، يمكن الحصول على توزيع الجزيئات المختلفة.

الفحص المجهري للمجال المظلم

أسهل طريقة لمعرفة تفاصيل البنية الخلوية هي مراقبة الضوء المنتشر بواسطة المكونات المختلفة للخلية. في مجهر المجال المظلم ، يتم توجيه الأشعة من المنور من الجانب ، والأشعة المتناثرة فقط تدخل هدف المجهر. وفقًا لذلك ، تبدو الخلية ككائن مضيء في حقل مظلم. تتمثل إحدى المزايا الرئيسية لمجهر المجال المظلم في القدرة على مراقبة حركة الخلايا أثناء الانقسام والهجرة. تميل الحركات الخلوية إلى أن تكون بطيئة جدًا ويصعب مراقبتها في الوقت الفعلي. في هذه الحالة ، يتم استخدام ميكروفيلم إطارًا بإطار (فاصل زمني) أو تسجيل فيديو. في هذه الحالة ، يتم فصل الإطارات المتتالية في الوقت المناسب ، ولكن عند تشغيل التسجيل بالسرعة العادية ، تتسارع صورة الأحداث الحقيقية.

في السنوات الأخيرة ، زادت كاميرات الفيديو وتقنيات التصوير ذات الصلة بشكل كبير من قدرات الفحص المجهري البصري. بفضل تطبيقهم ، كان من الممكن التغلب على الصعوبات التي تسببها خصائص علم وظائف الأعضاء البشرية. هم أن:

1. في ظل الظروف العادية ، لا تسجل العين ضوءًا ضعيفًا جدًا.

2. لا تستطيع العين اكتشاف الفروق الطفيفة في شدة الضوء مقابل الخلفية الساطعة.

تم التغلب على أولى هذه المشكلات عن طريق ربط كاميرات فيديو فائقة الحساسية بالمجهر. هذا جعل من الممكن مراقبة الخلايا لفترة طويلة في الإضاءة المنخفضة ، باستثناء التعرض الطويل للضوء الساطع. أنظمة التصوير مهمة بشكل خاص لدراسة جزيئات الفلورسنت في الخلايا الحية. نظرًا لأن الصورة يتم إنتاجها بواسطة كاميرا فيديو في شكل إشارات إلكترونية ، فيمكن تحويلها بشكل مناسب إلى إشارات رقمية ، وإرسالها إلى جهاز كمبيوتر ، ثم إخضاعها لمعالجة إضافية لاستخراج المعلومات المخفية.

يتيح التباين العالي الذي يمكن تحقيقه باستخدام الفحص المجهري لتداخل الكمبيوتر إمكانية مراقبة حتى الأجسام الصغيرة جدًا ، مثل الأنابيب الدقيقة الفردية ، التي يقل قطرها عن عُشر الطول الموجي للضوء (0.025 ميكرومتر). يمكن أيضًا رؤية الأنابيب الدقيقة الفردية باستخدام الفحص المجهري الفلوري. ومع ذلك ، في كلتا الحالتين ، لا يمكن تجنب تأثيرات الانعراج ، مما يغير الصورة بشدة. في هذه الحالة ، يتم المبالغة في تقدير قطر الأنابيب الدقيقة (0.2 ميكرومتر) ، مما يجعل من المستحيل تمييز الأنابيب الدقيقة الفردية عن حزمة من عدة أنابيب دقيقة. لحل هذه المشكلة ، هناك حاجة إلى مجهر إلكتروني ، يتم إزاحة حد الدقة الخاص به إلى ما هو أبعد من الطول الموجي للضوء المرئي.

المجهر الإلكتروني

يتم الاحتفاظ أيضًا بالعلاقة بين الطول الموجي وحد الدقة للإلكترونات. ومع ذلك ، بالنسبة للمجهر الإلكتروني ، يكون حد الدقة أقل بكثير من حد الانعراج. يتناقص الطول الموجي للإلكترون مع زيادة سرعته. في المجهر الإلكتروني بجهد 100،000 فولت ، يبلغ الطول الموجي للإلكترون 0.004 نانومتر. وفقًا للنظرية ، فإن دقة مثل هذا المجهر تبلغ 0.002 نانومتر في الحد الأقصى. ومع ذلك ، في الواقع ، نظرًا للفتحات الرقمية الصغيرة لعدسات الإلكترون ، فإن دقة المجاهر الإلكترونية الحديثة تبلغ في أحسن الأحوال 0.1 نانومتر. تؤدي الصعوبات في تحضير العينة وتلفها من الإشعاع إلى تقليل الدقة الطبيعية بشكل كبير ، والتي تبلغ 2 نانومتر بالنسبة للأجسام البيولوجية (حوالي 100 مرة أعلى من دقة المجهر الضوئي).

مصدر الإلكترونات في المجهر الإلكتروني النافذ (TEM)عبارة عن خيوط الكاثود الموجودة في الجزء العلوي من عمود أسطواني يبلغ ارتفاعه حوالي مترين. لتجنب تشتت الإلكترونات أثناء الاصطدام بجزيئات الهواء ، يتم إنشاء فراغ في العمود. يتم تسريع الإلكترونات المنبعثة من خيوط الكاثود بواسطة أنود قريب وتدخل من خلال ثقب صغير ، وتشكل شعاعًا إلكترونيًا يمر إلى أسفل العمود. على طول العمود وعلى مسافة ما توجد مغناطيسات حلقية تركز شعاع الإلكترون ، مثل العدسات الزجاجية التي تركز شعاع الضوء في المجهر الضوئي. يتم وضع العينة من خلال غرفة معادلة الضغط داخل العمود ، في مسار شعاع الإلكترون. جزء من الإلكترونات في لحظة مرور العينة مبعثر وفقًا لكثافة المادة في هذه المنطقة ، ويتم تركيز باقي الإلكترونات وتشكيل صورة (على غرار تكوين الصورة في المجهر الضوئي) على لوحة فوتوغرافية أو على شاشة فسفورية.

أحد أكبر عيوب المجهر الإلكتروني هو أن العينات البيولوجية يجب أن تخضع لمعالجة خاصة. أولاً ، يتم تثبيتها أولاً بالجلوتارالدهيد ثم بحمض الأسميك ، الذي يربط ويثبت الطبقة المزدوجة من الدهون والبروتينات. ثانيًا ، تتمتع الإلكترونات بقدرة اختراق منخفضة ، لذلك عليك عمل أقسام رفيعة جدًا ، ولهذا ، يتم تجفيف العينات وتشريبها بالراتنجات. ثالثًا ، لتعزيز التباين ، يتم معالجة العينات بأملاح المعادن الثقيلة مثل الأوزميوم واليورانيوم والرصاص.

من أجل الحصول على صورة ثلاثية الأبعاد للسطح يستخدم المجهر الإلكتروني الماسح (SEM)، حيث يتم استخدام الإلكترونات المنتشرة أو المنبعثة من سطح العينة. يتم إصلاح العينة في هذه الحالة وتجفيفها وتغطيتها بطبقة رقيقة من المعدن الثقيل ، ثم يتم مسحها ضوئيًا باستخدام حزمة إلكترونية ضيقة. في هذه الحالة ، يتم تقدير عدد الإلكترونات المنتشرة أثناء تشعيع السطح. يتم استخدام القيمة التي تم الحصول عليها للتحكم في شدة الحزمة الثانية ، حيث تتحرك بشكل متزامن مع الحزمة الأولى وتشكيل صورة على شاشة العرض. تبلغ دقة الطريقة حوالي 10 نانومتر ولا تنطبق على دراسة العضيات داخل الخلايا. يتم تحديد سماكة العينات المدروسة بهذه الطريقة من خلال قوة اختراق الإلكترونات أو طاقتها.

تتمثل العيوب الرئيسية والمهمة لجميع هذه الأساليب في المدة والتعقيد والتكلفة العالية لإعداد العينة.

الفحص المجهري للمسبار

في مجهر مجس المسح (SPM) ، بدلاً من شعاع إلكتروني أو إشعاع بصري ، يتم استخدام مسبار مدبب ، إبرة ، يقوم بمسح سطح العينة. من الناحية المجازية ، يمكننا القول أنه إذا تم فحص عينة في مجهر بصري أو إلكتروني ، فسيتم الشعور بها في SPM. نتيجة لذلك ، من الممكن الحصول على صور ثلاثية الأبعاد لأجسام في وسائط مختلفة: فراغ ، هواء ، سائل.

تتيح التصميمات الخاصة لـ SPM المكيفة للبحث البيولوجي إمكانية مسح الخلايا الحية في وسائط سائلة مختلفة ومستحضرات ثابتة في الهواء في وقت واحد مع المراقبة البصرية.

مجهر المسح الضوئي

يعكس اسم مجهر مسبار المسح مبدأ تشغيله - مسح سطح العينة ، حيث يتم إجراء قراءة نقطة بنقطة لدرجة التفاعل بين المسبار والسطح. يمكن ضبط حجم منطقة المسح وعدد النقاط فيها N X N Y. كلما زاد عدد النقاط التي تحددها ، زادت دقة صورة السطح. المسافة بين نقاط قراءة الإشارة تسمى خطوة المسح. يجب أن تكون خطوة المسح أقل من تفاصيل السطح المدروسة. تتم حركة المسبار أثناء المسح (انظر الشكل 7-1) خطيًا في الاتجاه الأمامي والخلفي (في اتجاه المسح السريع) ، ويتم الانتقال إلى الخط التالي في الاتجاه العمودي (في اتجاه المسح البطيء).

أرز. 7 1. تمثيل تخطيطي لعملية المسح
(تتم قراءة الإشارة في المسار المباشر للماسح الضوئي)

اعتمادًا على طبيعة إشارة القراءة ، فإن مجاهر المسح لها أسماء وأغراض مختلفة:

مجهر القوة الذرية (AFM) ، تتم قراءة قوى التفاعل بين الذرات بين ذرات المسبار وذرات العينة ؛

مجهر نفق (STM) ، يقرأ تيار النفق المتدفق بين العينة الموصلة والمسبار الموصل ؛

يتم قراءة مجهر القوة المغناطيسية (MFM) ، وقوى التفاعل بين المسبار المطلي بالمواد المغناطيسية والعينة التي تكشف عن الخصائص المغناطيسية ؛

يسمح مجهر القوة الكهروستاتيكية (ESM) بالحصول على صورة لتوزيع الجهد الكهربائي على سطح العينة. يتم استخدام مجسات ، يتم تغطية طرفها بغشاء رفيع موصل (ذهبي أو بلاتيني).

تصميم SPM

يتكون SPM من المكونات الرئيسية التالية (الشكل 7-2): مسبار ، مشغلات كهرضغطية لتحريك المسبار في X و Y و Z على سطح عينة الاختبار ودائرة التغذية الراجعة وجهاز كمبيوتر للتحكم في عملية المسح و الحصول على الصور.

الشكل 7 2. مخطط مجهر مسبار المسح

جهاز استشعار التحقيق - أحد مكونات مجهر مسبار الطاقة الذي يقوم بمسح المستحضر. يحتوي مستشعر المسبار على ناتئ (وحدة زنبركية) من الأنواع المستطيلة (على شكل I) أو المثلث (شكل V) (الشكل 7-3) ، وفي نهايته يوجد مسبار مدبب (الشكل 7-3) ، والتي عادة ما يكون لها شكل مخروطي أو هرمي. يتم ربط الطرف الآخر من الكابول بالركيزة (مع ما يسمى بالرقاقة). مجسات المجس مصنوعة من السيليكون أو نيتريد السيليكون. السمة الرئيسية للكابول هي ثابت القوة (ثابت الصلابة) ، وهي تختلف من 0.01 نيوتن / م إلى 10 × 20 نيوتن / م. لدراسة الكائنات البيولوجية ، يتم استخدام مجسات "ناعمة" بصلابة 0.01  0.06 نيوتن / م.

أرز. 7 3. صور المجسات الهرمية AFM
تم الحصول عليها بالمجهر الإلكتروني:
أ - نوع على شكل I ، ب - نوع على شكل حرف V ، ج - هرم عند طرف ناتئ

مشغلات كهرضغطية أو الماسحات الضوئية - للتحكم في حركة المسبار على العينة أو العينة نفسها بالنسبة إلى المسبار على مسافات صغيرة جدًا. تستخدم المشغلات الكهروإجهادية مواد سيراميك بيزوسيراميك التي تغير أبعادها عند تطبيق جهد كهربائي عليها. تسمى عملية تغيير المعلمات الهندسية تحت تأثير مجال كهربائي بالتأثير الكهروإجهادي العكسي. أكثر المواد البيزومية شيوعًا هي تيتانات زركونات الرصاص.

الماسح الضوئي عبارة عن هيكل من السيراميك البيزو يوفر الحركة على طول ثلاثة إحداثيات: x ، y (في المستوى الجانبي للعينة) و z (عموديًا). هناك عدة أنواع من الماسحات الضوئية ، وأكثرها شيوعًا هي الحامل ثلاثي القوائم والأنبوب (الشكل 7-4).

أرز. 7 4. تصميمات الماسح الضوئي: أ) - ترايبود ، ب) - أنبوبي

في الماسح الضوئي ثلاثي القوائم ، يتم توفير الحركات في ثلاثة إحداثيات بواسطة ثلاثة قضبان سيراميك بيزوسيراميك مستقلة تشكل بنية متعامدة.

في الماسح الضوئي الأنبوبي ، ينحني أنبوب كهرضغطية مجوف في طائرات XZ و ZY ويتوسع أو يتقلص على طول المحور Z عند تطبيق الفولتية المناسبة على الأقطاب الكهربائية التي تتحكم في حركات الأنبوب. توجد أقطاب كهربائية للتحكم في الحركة في المستوى XY على السطح الخارجي للأنبوب ، للتحكم في الحركة في Z ، ويتم تطبيق جهود متساوية على الأقطاب الكهربائية X و Y.

دائرة التغذية الراجعة - مجموعة من عناصر SPM ، والتي يتم من خلالها إبقاء المسبار على مسافة ثابتة من سطح العينة أثناء المسح (الشكل 7-5). أثناء عملية المسح ، يمكن وضع المجس في مناطق سطح العينة بتضاريس مختلفة ، بينما ستتغير مسافة عينة المجس Z ، وستتغير قيمة تفاعل عينة المجس وفقًا لذلك.

أرز. 7 5. مخطط التغذية الراجعة لمجهر المسح الضوئي

مع اقتراب المسبار من السطح ، تزداد قوى تفاعل عينة المسبار ، كما تزداد إشارة جهاز التسجيل الخامس(ر), الذي معبرا عنها بوحدات الجهد. المقارنة يقارن الإشارة الخامس(ر) مع الجهد المرجعي الخامس أساسيويولد إشارة تصحيحية الخامس كور. إشارة التصحيح الخامس كورإلى الماسح الضوئي ، ويسحب المسبار من العينة. الجهد المرجعي - الجهد المقابل لإشارة جهاز التسجيل عندما يكون المسبار على مسافة معينة من العينة. بالحفاظ على هذه المسافة المحددة لعينة المسبار أثناء المسح ، يحافظ نظام التغذية الراجعة على قوة التفاعل المحددة لعينة المسبار.

أرز. 7 6. مسار الحركة النسبية للمسبار في عملية الحفاظ على قوة ثابتة للتفاعل بين المجس وعينة من خلال نظام التغذية المرتدة

على التين. يوضح الشكل 7-6 مسار المسبار بالنسبة للعينة مع الحفاظ على قوة تفاعل مسبار وعينة ثابتة. إذا كان المسبار فوق النقرة ، فسيتم تطبيق جهد على الماسح الضوئي ، حيث يطول الماسح الضوئي ، ويخفض المسبار.

يتم تحديد سرعة استجابة حلقة التغذية الراجعة للتغيير في مسافة عينة المجس (تفاعلات عينة المسبار) بواسطة ثابت حلقة التغذية الراجعة ك. قيم كيعتمد على ميزات التصميم الخاصة بـ SPM (تصميم وخصائص الماسح الضوئي ، والإلكترونيات) ، ووضع تشغيل SPM (حجم منطقة المسح ، وسرعة المسح ، وما إلى ذلك) ، بالإضافة إلى ميزات السطح قيد الدراسة (مقياس ميزات الإغاثة ، صلابة المواد ، إلخ).

أنواع مختلفة من SPM

مجهر مسح نفقي

في STM ، يقيس جهاز التسجيل (الشكل 7-7) تيار النفق المتدفق بين المسبار المعدني ، والذي يختلف اعتمادًا على الإمكانات على سطح العينة وعلى تضاريس سطحه. المسبار عبارة عن إبرة حادة ، يمكن أن يصل نصف قطرها إلى عدة نانومترات. كمادة للمسبار ، عادة ما تستخدم المعادن ذات الصلابة العالية والمقاومة الكيميائية: التنجستن أو البلاتين.

أرز. 7 7. مخطط حساس مجس النفق

يتم تطبيق جهد بين المسبار الموصل والعينة الموصلة. عندما يكون طرف المسبار على مسافة حوالي 10 أ من العينة ، تبدأ الإلكترونات من العينة في المرور عبر الفجوة إلى المسبار أو العكس ، اعتمادًا على علامة الجهد (الشكل 7-8).

أرز. 7 8. تمثيل تخطيطي لتفاعل طرف المسبار مع العينة

يتم قياس تيار النفق الناتج بواسطة جهاز تسجيل. قيمته أنا تييتناسب مع الجهد المطبق على اتصال النفق الخامسويعتمد بشكل كبير على المسافة من الإبرة إلى العينة د.

وبالتالي ، هناك تغييرات طفيفة في المسافة من طرف المسبار إلى العينة دتتوافق مع التغيرات الكبيرة بشكل كبير في تيار الأنفاق أنا تي(بافتراض الجهد الخامستبقى ثابتة). وبسبب هذا ، فإن حساسية حساس مجس النفق كافية لتسجيل تغيرات في الارتفاع تقل عن 0.1 نانومتر ، وبالتالي للحصول على صورة للذرات على سطح مادة صلبة.

مجهر القوة الذرية

أكثر مستشعرات المسبار شيوعًا لتفاعل القوة الذرية هو ناتئ نابض (من الكابول الإنجليزي - وحدة التحكم) مع وجود مسبار في نهايته. يتم قياس مقدار الانحناء الناتج عن تفاعل القوة بين العينة والمسبار (الشكل 7-9) باستخدام مخطط التسجيل البصري.

يعتمد مبدأ تشغيل مستشعر القوة على استخدام القوى الذرية التي تعمل بين ذرات المسبار وذرات العينة. عندما تتغير قوة عينة المجس ، يتغير مقدار الانحناء الكابولي ، ويتم قياس هذا التغيير بواسطة نظام التسجيل البصري. وبالتالي ، فإن مستشعر القوة الذرية عبارة عن مسبار مدبب عالي الحساسية ، مما يجعل من الممكن تسجيل قوى التفاعل بين الذرات الفردية.

بالنسبة للانحناءات الصغيرة ، النسبة بين قوة عينة التحقيق Fوانحراف طرف ناتئ xيحددها قانون هوك:

أين ك هو ثابت القوة (ثابت الصلابة) من ناتئ.

على سبيل المثال ، إذا تم استخدام ناتئ مع ثابت كحوالي 1 نيوتن / م ، ثم تحت تأثير قوة تفاعل عينة مسبار تبلغ حوالي 0.1 نانو نيوتن ، سيكون انحراف الكابول حوالي 0.1 نانومتر.

لقياس مثل هذه الإزاحات الصغيرة ، عادة ما يتم استخدام مستشعر الإزاحة الضوئية (الشكل 7-9) ، ويتألف من ليزر أشباه الموصلات وثنائي ضوئي رباعي الأقسام. عندما يكون الكابول مثنيًا ، ينتقل شعاع الليزر المنعكس منه بالنسبة إلى مركز الكاشف الضوئي. وبالتالي ، يمكن تحديد انحناء الكابول من التغيير النسبي في إضاءة النصف العلوي (T) والنصف السفلي (B) للكاشف الضوئي.

الشكل 7 9. مخطط مستشعر القوة

اعتماد قوى التفاعل على طرف العينة على مسافة طرف العينة

عندما يقترب المسبار من العينة ، ينجذب أولاً إلى السطح بسبب وجود قوى جذابة (قوى فان دير فال). عندما يقترب المسبار من العينة أكثر ، تبدأ قذائف الإلكترون للذرات في نهاية المسبار والذرات الموجودة على سطح العينة في التداخل ، مما يؤدي إلى ظهور قوة طاردة. مع انخفاض المسافة أكثر ، تصبح القوة الطاردة هي المهيمنة.

بشكل عام ، الاعتماد على قوة التفاعل بين الذرات Fمن المسافة بين الذرات صيشبه:

.

الثوابت أو بوالأس مو نتعتمد على نوع الذرات ونوع الروابط الكيميائية. لقوات فان دير فال م= 7 و ن = 3. من الناحية النوعية ، يظهر الاعتماد F (R) في الشكل. 7-10.

أرز. 7 10. اعتماد قوة التفاعل بين الذرات على المسافة

تنسيق بيانات SPM ، تصور بيانات SPM

يتم تقديم البيانات المتعلقة بمورفولوجيا السطح ، والتي تم الحصول عليها أثناء الدراسة على المجهر الضوئي ، كصورة مكبرة لمساحة السطح. تتم كتابة المعلومات التي تم الحصول عليها باستخدام SPM كمصفوفة ثنائية الأبعاد من الأعداد الصحيحة A ij. لكل قيمة ij يتوافق مع نقطة محددة على السطح داخل مجال المسح. يُطلق على التمثيل الرسومي لمجموعة الأرقام هذه الصورة الممسوحة ضوئيًا في SPM.

يمكن أن تكون الصور الممسوحة ضوئيًا ثنائية الأبعاد (ثنائية الأبعاد) أو ثلاثية الأبعاد (ثلاثية الأبعاد). مع التصور ثنائي الأبعاد ، كل نقطة من السطح Z = F(س ، ص) يتم تعيين درجة لون معينة وفقًا لارتفاع نقطة السطح (الشكل 7-11 أ). في التصور ثلاثي الأبعاد ، الصورة السطحية Z = F(س ، ص) في منظور محوري بمساعدة وحدات البكسل أو خطوط الإغاثة المحسوبة بطريقة معينة. الطريقة الأكثر فعالية لتلوين الصور ثلاثية الأبعاد هي محاكاة ظروف إضاءة السطح بواسطة مصدر نقطي يقع في نقطة معينة في الفضاء فوق السطح (الشكل 7-11 ب). في هذه الحالة ، من الممكن التأكيد على السمات الفردية الصغيرة للإغاثة.

أرز. 7 11. الخلايا الليمفاوية في الدم البشري:
أ) صورة ثنائية الأبعاد ، ب) صورة ثلاثية الأبعاد بإضاءة جانبية

تحضير العينات لأبحاث SPM

مورفولوجيا وهيكل الخلايا البكتيرية

البكتيريا هي كائنات دقيقة وحيدة الخلية لها شكل متنوع وبنية معقدة ، والتي تحدد تنوع نشاطها الوظيفي. تتميز البكتيريا بأربعة أشكال رئيسية: كروية (كروية) ، أسطوانية (على شكل قضيب) ، ملتوية وخيطية [المرجع. 7-2].

المكورات (بكتيريا كروية) - اعتمادًا على مستوى الانقسام وموقع الأفراد ، يتم تقسيمها إلى مكورات دقيقة (مكورة منفصلة) ، مكورات ثنائية (مكورات مزدوجة) ، عقديات (سلاسل من المكورات) ، المكورات العنقودية (ظهور مجموعات العنب) ) ، tetracocci (تشكيلات من أربعة cocci) و sarcins (عبوات من 8 أو 16 cocci).

على شكل قضيب - توجد البكتيريا في شكل خلايا مفردة أو بكتيريا ثنائية أو ستربتوباكتيريا.

مجموعة - vibrios و spirilla و spirochetes. Vibrios لها مظهر قضبان منحنية قليلاً ، spirilla - شكل معقد مع العديد من الضفائر الحلزونية.

تتراوح أحجام البكتيريا من 0.1 إلى 10 ميكرومتر. يتضمن تكوين الخلية البكتيرية كبسولة وجدار خلوي وغشاء سيتوبلازم وسيتوبلازم. يحتوي السيتوبلازم على النيوكليوتيدات والريبوسومات والشوائب. بعض البكتيريا مجهزة بالسوط والزغابات. يشكل عدد من البكتيريا الأبواغ. تجاوز الحجم العرضي الأولي للخلية ، وتعطيها الجراثيم شكل مغزل.

لدراسة مورفولوجيا البكتيريا على المجهر الضوئي ، يتم تحضير المستحضرات الأصلية (الحيوية) أو المسحات الثابتة الملطخة بصبغة الأنيلين منها. هناك طرق تلطيخ خاصة للكشف عن الأسواط وجدار الخلية والنيوكليوتيدات ومختلف شوائب السيتوبلازم.

لدراسة SPM لتشكل الخلايا البكتيرية ، لا يلزم صبغ المستحضر. يتيح SPM تحديد شكل وحجم البكتيريا بدرجة عالية من الدقة. من خلال التحضير الدقيق للتحضير واستخدام مسبار بنصف قطر صغير من الانحناء ، يمكن الكشف عن الأسواط. في الوقت نفسه ، وبسبب الصلابة الشديدة لجدار الخلية البكتيرية ، فإنه من المستحيل "سبر" الهياكل داخل الخلايا ، كما يمكن أن يحدث في بعض الخلايا الحيوانية.

إعداد الاستعدادات لدراسة SPM التشكل

بالنسبة للتجربة الأولى مع SPM ، يوصى باختيار مستحضر بيولوجي لا يتطلب تحضيرًا معقدًا. تعتبر بكتيريا حمض اللاكتيك التي يمكن الوصول إليها بسهولة وغير المسببة للأمراض من محلول مخلل الملفوف أو منتجات الألبان المخمرة مناسبة تمامًا.

لدراسات SPM في الهواء ، يلزم إصلاح الكائن قيد الدراسة بإحكام على سطح الركيزة ، على سبيل المثال ، على قسيمة الغلاف. بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن تكون كثافة البكتيريا في التعليق بحيث لا تلتصق الخلايا ببعضها البعض أثناء الترسيب على الركيزة ، ويجب ألا تكون المسافة بينهما كبيرة جدًا بحيث يمكن أخذ عدة أشياء أثناء المسح في إطار واحد. يتم استيفاء هذه الشروط إذا تم اختيار وضع تحضير العينة بشكل صحيح. إذا تم وضع قطرة من محلول يحتوي على بكتيريا على الركيزة ، فسيحدث ترسيبها والالتصاق التدريجي. في هذه الحالة ، يجب اعتبار تركيز الخلايا في المحلول ووقت الترسيب من العوامل الرئيسية. يتم تحديد تركيز البكتيريا في التعليق بواسطة معيار التعكر البصري.

في حالتنا ، تلعب معلمة واحدة فقط دورًا - وقت الحضانة. كلما طالت مدة بقاء القطرة على الزجاج ، زادت كثافة الخلايا البكتيرية. في الوقت نفسه ، إذا بدأت قطرة من السائل في الجفاف ، فسيكون المستحضر ملوثًا بشدة بالمكونات المترسبة من المحلول. يتم تطبيق قطرة من محلول يحتوي على خلايا بكتيرية (محلول ملحي) على ساترة ، محتضنة لمدة 5-60 دقيقة (اعتمادًا على تكوين المحلول). ثم ، دون انتظار القطرات حتى تجف ، يتم غسلها جيدًا بالماء المقطر (غمس المستحضر بالملاقط في كوب عدة مرات). بعد التجفيف ، يكون المستحضر جاهزًا للقياس على SPM.

على سبيل المثال ، تم تحضير مستحضرات بكتيريا حمض اللاكتيك من محلول ملحي مخلل الملفوف. تم اختيار وقت التعرض لقطرة المحلول الملحي على الغطاء ليكون 5 دقائق و 20 دقيقة وساعة واحدة (بدأ الانخفاض بالفعل في الجفاف). SPM - الإطارات موضحة في الشكل. 7-12، تين. 7-13 ،
أرز. 7-14.

يمكن أن نرى من الأشكال أن وقت الحضانة الأمثل لهذا الحل هو 5-10 دقائق. تؤدي زيادة وقت الاحتفاظ بهبوط على سطح الركيزة إلى التصاق الخلايا البكتيرية. في حالة بدء جفاف قطرة من المحلول ، يتم ترسيب مكونات المحلول على الزجاج ، والتي لا يمكن غسلها.

أرز. 12.صور بكتيريا حمض اللاكتيك على ساترة ،
تم الحصول عليها باستخدام SPM.

أرز. 7 13. صور بكتيريا حمض اللاكتيك على ساترة ،
تم الحصول عليها باستخدام SPM. مدة حضانة المحلول 20 دقيقة

أرز. 7 14. صور بكتيريا حمض اللاكتيك على ساترة ،
تم الحصول عليها باستخدام SPM. مدة حضانة المحلول 1 ساعة

في أحد المستحضرات المختارة (الشكل 7-12) ، حاولنا النظر في ماهية بكتيريا حمض اللاكتيك ، وما هو الشكل الذي يميزها في هذه الحالة. (الشكل 7-15)

أرز. 7 15. AFM - صورة بكتيريا حمض اللاكتيك على ساترة.
مدة حضانة المحلول 5 دقائق

أرز. 7 16. AFM - صورة لسلسلة من بكتيريا حمض اللاكتيك على زلة الغلاف.
مدة حضانة المحلول 5 دقائق

يتميز المحلول الملحي بشكل البكتيريا على شكل قضيب والترتيب على شكل سلسلة.

أرز. 7. نافذة برنامج التحكم التربوي لـ SPM NanoEducator.
شريط الأدوات

باستخدام أدوات برنامج SPM NanoEducator التعليمي ، حددنا حجم الخلايا البكتيرية. تراوحت بين حوالي 0.5 × 1.6 ميكرومتر
يصل إلى 0.8 × 3.5 ميكرومتر.

تمت مقارنة النتائج التي تم الحصول عليها مع البيانات الواردة في محدد البكتيريا Bergey [Lit. 7-3].

تنتمي بكتيريا حمض اللاكتيك إلى العصيات اللبنية (Lactobacillus). تكون الخلايا على شكل قضيب ، وعادة ما تكون منتظمة الشكل. العصي طويلة ، وأحيانًا شبه كروية ، وعادة ما تكون في سلاسل قصيرة. الأبعاد 0.5 - 1.2 × 1.0 - 10 ميكرون. لا يتشكل النزاع ؛ في حالات نادرة ، تكون متحركة بسبب سوط صفاقي. موزعة على نطاق واسع في البيئة ، خاصةً الموجودة في الأطعمة ذات الأصل الحيواني والنباتي. تعد بكتيريا حمض اللاكتيك جزءًا من البكتيريا الطبيعية في الجهاز الهضمي. يعلم الجميع أن مخلل الملفوف ، بالإضافة إلى محتوى الفيتامينات فيه ، مفيد في تحسين البكتيريا المعوية.

تصميم مجهر مسح ضوئي NanoEducator

على التين. يوضح الشكل 7-18 مظهر رأس القياس SPM NanoEducatorويشار إلى العناصر الرئيسية للجهاز المستخدم في العمل.

أرز. 7 18. ظهور رأس القياس SPM NanoEducator
قاعدة واحدة ، حامل عينتين ، مستشعر تفاعل ثلاثي ، برغي تثبيت بأربعة مستشعرات ،
5 براغي للنهج اليدوي ، 6 براغي لتحريك الماسح بعينة في مستوى أفقي ، 7 غطاء واقي بكاميرا فيديو

على التين. يوضح الشكل 7-19 تصميم رأس القياس. يوجد في القاعدة 1 ماسح ضوئي 8 مع حامل عينة 7 وآلية لإحضار العينة إلى المسبار 2 بناءً على محرك متدرج. في التعليم SPM NanoEducatorيتم إصلاح العينة على الماسح ، ويتم مسح العينة ضوئيًا بالنسبة للمسبار الثابت. يمكن أيضًا الاقتراب من المجس 6 ، المثبت على مستشعر تفاعل القوة 4 ، إلى العينة باستخدام برغي النهج اليدوي 3. يتم إجراء الاختيار الأولي لموقع الدراسة على العينة باستخدام المسمار 9.

أرز. 19. بناء SPM NanoEducator: 1 - قاعدة ، 2 - آلية النهج ،
3 - برغي نهج يدوي ، 4 - مستشعر التفاعل ، 5 - برغي تثبيت المستشعر ، 6 - مسبار ،
7 - حامل العينة ، 8 - ماسح ضوئي ، 9 ، 10 - براغي لتحريك الماسح مع العينة

تمرين SPM NanoEducatorيتكون من رأس قياس متصل بكابلات ، وجهاز تحكم SPM وجهاز كمبيوتر تحكم. المجهر مزود بكاميرا فيديو. تدخل الإشارة من مستشعر التفاعل بعد التحويل في المضخم الأولي إلى وحدة تحكم SPM. إدارة العمل SPM NanoEducatorيتم تنفيذه من الكمبيوتر من خلال وحدة تحكم SPM.

مستشعر تفاعل القوة والمسبار

في الجهاز NanoEducatorيتكون المستشعر على شكل أنبوب بيزوسيراميكي بطول ل= 7 مم ، القطر د= 1.2 مم وسماكة الجدار ح\ u003d 0.25 مم ، مثبت بشكل صارم في طرف واحد. يتم ترسيب قطب كهربي موصل على السطح الداخلي للأنبوب. يتم ترسيب قطبين كهربائيين شبه أسطوانيين معزولين كهربائياً على السطح الخارجي للأنبوب. متصل بالطرف الحر للأنبوب سلك تنجستن بقطر
100 ميكرومتر (الشكل 7-20).

أرز. 7. تصميم جهاز الاستشعار الشامل NanoEducator

الطرف الحر من السلك المستخدم كمسبار هو أرضي كهروكيميائي ، نصف قطر الانحناء هو 0.2 0.05 ميكرومتر. يحتوي المسبار على اتصال كهربائي مع القطب الداخلي للأنبوب المتصل بالجسم المؤرض للجهاز.

يسمح وجود قطبين خارجيين على الأنبوب الكهروإجهادي باستخدام جزء واحد من الأنبوب الكهرضغطية (العلوي ، وفقًا للشكل 7-21) كمستشعر تفاعل القوة (مستشعر الاهتزازات الميكانيكية) ، والجزء الآخر تستخدم كمهذب ضغط. يتم توفير جهد كهربائي متناوب لمضخم الضغط بتردد مساوٍ لتردد الرنين لمستشعر الطاقة. سعة التذبذب عند مسافة كبيرة لعينة الطرف هي الحد الأقصى. كما يظهر في الشكل. 7-22 ، أثناء عملية التذبذب ، ينحرف المسبار عن موضع التوازن بمقدار A o يساوي سعة التذبذبات الميكانيكية القسرية (وهي أجزاء من ميكرومتر) ، بينما يظهر جهد كهربائي متناوب في الجزء الثاني من الأنبوب البيزوتي (مستشعر التذبذب) ، بما يتناسب مع إزاحة المسبار ، والذي يتم قياسه بواسطة الجهاز.

عندما يقترب المسبار من سطح العينة ، يبدأ المسبار في لمس العينة أثناء التذبذب. يؤدي هذا إلى حدوث تحول في خاصية تردد الاتساع (AFC) لتذبذبات المستشعر إلى اليسار مقارنةً بـ AFC المقاس بعيدًا عن السطح (الشكل 7-22). نظرًا لأن تواتر تذبذبات القيادة للأنبوب البيزوتي يتم الحفاظ عليه ثابتًا ويساوي تردد التذبذب о في الحالة الحرة ، عندما يقترب المسبار من السطح ، تقل سعة اهتزازاته ويصبح مساويًا لـ A. يتم تسجيل سعة التذبذب هذه من الجزء الثاني للأنبوب البيزو.

أرز. 7 21. مبدأ تشغيل الأنبوب الكهروإجهادي
كمستشعر تفاعل القوة

أرز. 7 22. تغيير تردد التذبذب لجهاز استشعار القوة
عند الاقتراب من سطح العينة

الماسح الضوئي

طريقة تنظيم الحركات الدقيقة المستخدمة في الجهاز NanoEducator، على استخدام غشاء معدني مثبت حول المحيط ، على سطحه الذي يتم لصق صفيحة كهرضغطية (الشكل 7-23 أ). سيؤدي التغيير في أبعاد اللوحة الكهرضغطية تحت تأثير جهد التحكم إلى ثني الغشاء. من خلال وضع هذه الأغشية على ثلاثة جوانب متعامدة من المكعب وربط مراكزها بدوافع معدنية ، يمكنك الحصول على ماسح ضوئي ثلاثي الإحداثيات (الشكل 7-23 ب).

أرز. 7 23. مبدأ العملية (أ) وتصميم (ب) الماسح الضوئي NanoEducator

يمكن لكل عنصر كهرضغطية 1 ، مثبت على وجوه المكعب 2 ، عند تطبيق جهد كهربائي عليه ، تحريك الدافع 3 المرتبط به في واحد من ثلاثة اتجاهات متعامدة بشكل متبادل - X أو Y أو Z. كما يتضح من الشكل ، كل دافعات الدفع الثلاثة متصلة عند نقطة واحدة 4 مع بعض التقريب ، يمكننا افتراض أن هذه النقطة تتحرك على طول ثلاثة إحداثيات X ، Y ، Z. يتم توصيل الرف 5 مع حامل العينة 6 بنفس النقطة ، وبالتالي تتحرك العينة على طول ثلاثة إحداثيات تحت تأثير ثلاثة مصادر جهد مستقلة. في الأجهزة NanoEducatorيبلغ الحد الأقصى للإزاحة للعينة حوالي 50-70 ميكرومتر ، وهو ما يحدد منطقة المسح القصوى.

آلية للنهج الآلي للمسبار للعينة (التقاط التغذية المرتدة)

يبلغ نطاق حركة الماسح الضوئي على طول المحور Z حوالي 10 ميكرومتر ؛ لذلك ، قبل المسح ، من الضروري تقريب المسبار من العينة على هذه المسافة. لهذا الغرض ، تم تصميم آلية النهج ، والتي يظهر مخططها في الشكل. 7-19. المحرك السائر 1 ، عند تطبيق نبضات كهربائية عليه ، يقوم بتدوير برغي التغذية 2 وتحريك الشريط 3 بالمسبار 4 ، مما يجعله أقرب أو بعيدًا عن العينة 5 المثبتة على الماسح 6. قيمة الخطوة الواحدة هي حوالي 2 ميكرومتر.

أرز. 7 24. مخطط آلية لاقتراب المسبار إلى سطح العينة

نظرًا لأن خطوة آلية الاقتراب تتجاوز بشكل كبير قيمة المسافة المطلوبة لعينة المجس أثناء المسح ، من أجل تجنب تشوه المسبار ، يتم تنفيذ نهجها من خلال التشغيل المتزامن للمحرك السائر وحركات الماسح الضوئي على طول Z المحور وفقًا للخوارزمية التالية:

1. يتم إيقاف تشغيل نظام التغذية الراجعة و "يتراجع" الماسح ، أي يخفض العينة إلى الموضع الأقصى الأدنى.

2. تأخذ آلية نهج المسبار خطوة واحدة وتتوقف.

3. يتم تشغيل نظام التغذية الراجعة ، ويقوم الماسح الضوئي برفع العينة بسلاسة ، بينما يتم تحليل تفاعل عينة المجس.

4. في حالة عدم وجود تفاعل ، يتم تكرار العملية من النقطة 1.

إذا ظهرت إشارة غير صفرية أثناء سحب الماسح الضوئي ، فسيقوم نظام التغذية المرتدة بإيقاف الحركة الصعودية للماسح الضوئي ويثبت مقدار التفاعل عند مستوى معين. حجم تفاعل القوة الذي سيتوقف عنده نهج المسبار وستحدث عملية المسح في الجهاز NanoEducatorتتميز المعلمة قمع السعة (السعةإخماد) :

أ = آو. (1 - قمع السعة)

الحصول على صورة SPM

بعد الاتصال بالبرنامج NanoEducatorتظهر نافذة البرنامج الرئيسية على شاشة الكمبيوتر (الشكل 7-20). يجب أن يبدأ العمل من عنصر القائمة ملفوفيه تختار فتحأو جديدأو الأزرار المقابلة على شريط الأدوات (،).

اختيار الفريق ملف جديديعني الانتقال إلى قياسات SPM واختيار الأمر ملف فتحيعني الانتقال إلى عرض ومعالجة البيانات المستلمة مسبقًا. يتيح لك البرنامج عرض البيانات ومعالجتها بالتوازي مع القياسات.

أرز. 7 25. نافذة NanoEducator الرئيسية

بعد تنفيذ الأمر ملف جديديظهر مربع حوار على الشاشة ، مما يسمح لك بتحديد أو إنشاء مجلد عمل يتم فيه حفظ نتائج القياس الحالي افتراضيًا. في سياق القياسات ، يتم تسجيل جميع البيانات التي تم الحصول عليها بالتسلسل في ملفات مع الأسماء ScanData + i.spmحيث الفهرس أنايتم إعادة تعيينه إلى الصفر عند بدء تشغيل البرنامج ويتم زيادته مع كل قياس جديد. الملفات ScanData + i.spmيتم وضعها في مجلد العمل ، والذي تم تعيينه قبل بدء القياسات. من الممكن تحديد مجلد عمل مختلف أثناء القياسات. للقيام بذلك ، اضغط على الزر , الموجود على شريط الأدوات في نافذة البرنامج الرئيسية وحدد عنصر القائمة تغيير مجلد العمل.

لحفظ نتائج القياس الحالي ، اضغط على الزر حفظ باسمفي نافذة Scan في مربع الحوار الذي يظهر ، حدد مجلدًا وحدد اسم الملف أثناء تشغيل الملف ScanData + i.spm، الذي يعمل كملف مؤقت لحفظ البيانات أثناء القياسات ، ستتم إعادة تسميته إلى اسم الملف الذي حددته. بشكل افتراضي ، سيتم حفظ الملف في مجلد العمل المعين قبل بدء القياسات. إذا لم تقم بإجراء عملية حفظ نتائج القياس ، فعندها في المرة التالية التي تبدأ فيها البرنامج ، يتم تسجيل النتائج في ملفات مؤقتة ScanData + i.spm، ستتم الكتابة فوقها بالتتابع (ما لم يتم تغيير دليل العمل). حول وجود ملفات مؤقتة لنتائج القياس في مجلد العمل ، يتم إصدار تحذير قبل إغلاق البرنامج وبعده. يتيح لك تغيير مجلد العمل قبل بدء القياسات حماية نتائج التجربة السابقة من الحذف. الاسم الافتراضي ScanDataيمكن تغييره بتحديده في نافذة اختيار مجلد العمل. يتم استدعاء نافذة اختيار مجلد العمل عند الضغط على الزر. , الموجود على شريط الأدوات في نافذة البرنامج الرئيسية. يمكنك أيضًا حفظ نتائج القياس في النافذة متصفح المسح، واختيار الملفات الضرورية واحدًا تلو الآخر وحفظها في المجلد المحدد.

من الممكن تصدير النتائج التي تم الحصول عليها باستخدام NanoEducator إلى تنسيقات ASCII و Nova (NTMDT) ، والتي يمكن استيرادها بواسطة NTMDT Nova و Image Analysis وغيرها من البرامج. يتم تصدير الصور الممسوحة ضوئيًا وبيانات المقاطع العرضية ونتائج قياسات التحليل الطيفي إلى تنسيق ASCII. لتصدير البيانات ، انقر فوق الزر يصدرالموجود في شريط الأدوات في نافذة التطبيق الرئيسية ، أو حدد يصدرفي عنصر القائمة ملفهذه النافذة وحدد تنسيق التصدير المناسب. يمكن إرسال البيانات الخاصة بالمعالجة والتحليل على الفور إلى برنامج تحليل الصور الذي تم إطلاقه مسبقًا.

بعد إغلاق نافذة الحوار ، يتم عرض لوحة التحكم على الشاشة.
(الشكل 7-26).

أرز. 7 26. لوحة تحكم الجهاز

يوجد على الجانب الأيسر من لوحة التحكم في الجهاز أزرار لتحديد تكوين SPM:

SSM- مجهر قوة المسح (SFM)

STM- مجهر المسح النفقي (STM).

إجراء القياسات على تدريب SPM NanoEducator يتكون من إجراء العمليات التالية:

1. تركيب العينة

الانتباه! قبل إدخال العينة ، من الضروري إزالة المستشعر بالمسبار حتى لا يتلف المسبار.

هناك طريقتان لإصلاح العينة:

على طاولة مغناطيسية (في هذه الحالة ، يجب إرفاق العينة بركيزة مغناطيسية) ؛

على شريط لاصق على الوجهين.

الانتباه! لتركيب العينة على شريط لاصق مزدوج الوجه ، من الضروري فك الحامل من الحامل (حتى لا يتلف الماسح الضوئي) ، ثم قم بلفه مرة أخرى حتى يتوقف قليلاً.

في حالة التركيب المغناطيسي ، يمكن تغيير العينة دون فك حامل العينة.

2. تركيب المسبار

الانتباه! قم دائمًا بتثبيت المستشعر بالمسبار بعد وضع العينة.

بعد اختيار مستشعر المجس المطلوب (أمسك المجس من الحواف المعدنية للقاعدة) (انظر الشكل 7-27) ، قم بفك برغي تثبيت المجس 2 على غطاء رأس القياس ، أدخل المسبار في مقبس الحامل حتى يتوقف ، برغي برغي التثبيت في اتجاه عقارب الساعة حتى يتوقف قليلاً.

أرز. 7 27. تركيب المسبار

3. تحديد موقع المسح

عند اختيار موقع للبحث على عينة ، استخدم البراغي لتحريك جدول الإحداثيات الموجود في الجزء السفلي من الجهاز.

4. النهج الأولي للمسبار للعينة

عملية النهج الأولي ليست إلزامية لكل قياس ، وتعتمد الحاجة إلى تنفيذه على المسافة بين العينة وطرف المجس. من المستحسن إجراء عملية الاقتراب الأولي إذا تجاوزت المسافة بين طرف المسبار وسطح العينة 0.5-1 مم. عند استخدام نهج آلي للمسبار للعينة من مسافة كبيرة بينهما ، ستستغرق عملية الاقتراب وقتًا طويلاً جدًا.

استخدم المسمار اليدوي لخفض المسبار مع التحكم بصريًا في المسافة بينه وبين سطح العينة.

5. بناء منحنى الرنين وضبط تردد التشغيل

يتم إجراء هذه العملية بالضرورة في بداية كل قياس ، وحتى يتم تنفيذها ، يتم حظر الانتقال إلى خطوات القياس الإضافية. بالإضافة إلى ذلك ، أثناء عملية القياس ، تنشأ أحيانًا مواقف تتطلب إعادة تنفيذ هذه العملية (على سبيل المثال ، عند فقد الاتصال).

يتم استدعاء نافذة البحث عن الرنين بالضغط على الزر الموجود على لوحة التحكم في الجهاز. يتضمن إجراء هذه العملية قياس سعة اهتزازات المسبار عندما يتغير تواتر التذبذبات القسرية ، التي يحددها المولد. للقيام بذلك ، اضغط على الزر يركض(الشكل 7-28).

أرز. 7 28. نافذة عملية البحث عن الرنين وضبط تردد التشغيل:
أ) - الوضع التلقائي ، ب) - الوضع اليدوي

في الوضع آلييتم ضبط تردد المذبذب تلقائيًا على قدم المساواة مع التردد الذي لوحظ فيه السعة القصوى لتذبذبات المسبار. الرسم البياني الذي يوضح التغير في سعة اهتزازات المسبار في نطاق تردد معين (الشكل 7-28 أ) يسمح لك بمراقبة شكل ذروة الطنين. إذا لم يتم نطق ذروة الرنين بشكل كافٍ ، أو إذا كانت السعة عند تردد الرنين صغيرة ( أقل من 1 فولت) ، إذًا من الضروري تغيير معلمات القياس وإعادة تحديد تردد الطنين.

هذا الوضع مخصص لـ كتيب. عندما يتم تحديد هذا الوضع في النافذة تحديد تردد الطنينتظهر لوحة إضافية
(الشكل 7-28 ب) ، والذي يسمح لك بضبط المعلمات التالية:

دقق في جهد التأرجحقدمها المولد. يوصى بضبط هذه القيمة على الحد الأدنى (أسفل إلى الصفر) وليس أكثر من 50 مللي فولت.

كسب السعة ( كسب السعة). إذا كانت سعة تذبذب المسبار غير كافية (<1 В) рекомендуется увеличить коэффициент كسب السعة.

لبدء عملية البحث عن الرنين ، اضغط على الزر يبدأ.

الوضع كتيبيسمح لك بتغيير التردد المحدد يدويًا عن طريق تحريك المؤشر الأخضر على الرسم البياني بالماوس ، وكذلك توضيح طبيعة التغيير في سعة التذبذب في نطاق ضيق من القيم حول التردد المحدد (للقيام بذلك ، تحتاج إلى ضبط التبديل الوضع اليدويفي الموقف بالضبطواضغط على الزر يبدأ).

6. التقاط التفاعل

لالتقاط التفاعل ، يتم تنفيذ إجراء النهج المتحكم فيه للمسبار والعينة باستخدام آلية النهج الآلي. يتم استدعاء نافذة التحكم الخاصة بهذا الإجراء عن طريق الضغط على الزر الموجود على لوحة التحكم في الجهاز. عند العمل باستخدام CCM ، يصبح هذا الزر متاحًا بعد إجراء عملية البحث وضبط تردد الرنين. نافذة او شباك CCM ، الرصاص(الشكل 7-29) يحتوي على عناصر التحكم في نهج المسبار ، بالإضافة إلى مؤشرات المعامل التي تسمح لك بتحليل تقدم الإجراء.

أرز. 7 29. دقق في نافذة الاقتراب

فى الشباك إمدادللمستخدم القدرة على مراقبة القيم التالية:

تمديد الماسح الضوئي ( الماسح الضوئيض) على طول المحور Z بالنسبة إلى أقصى حد ممكن ، تؤخذ كوحدة. تتميز قيمة الاستطالة النسبية للماسح الضوئي بمستوى تعبئة المؤشر الأيسر باللون المقابل للمنطقة التي يوجد بها الماسح الضوئي حاليًا: أخضر - منطقة عمل ، أزرق - خارج منطقة العمل ، أحمر - الماسح الضوئي اقترب جدًا من سطح العينة ، مما قد يؤدي إلى تشوه المسبار. في الحالة الأخيرة ، يصدر البرنامج تحذيرًا مسموعًا ؛

سعة تذبذب المسباربالنسبة إلى اتساع تذبذباتها في غياب تفاعل القوة ، التي تؤخذ كوحدة. يتم عرض قيمة السعة النسبية لتذبذبات المسبار على المؤشر الأيمن بمستوى ملئه باللون العنابي. علامة أفقية على المؤشر سعة تذبذب المسباريشير إلى المستوى ، عند الانتقال الذي يتم من خلاله تحليل حالة الماسح الضوئي وإخراجها التلقائي إلى موضع العمل ؛

عدد من الخطوات ( دبليوagi) في اتجاه معين: النهج - النهج ، التراجع - الإزالة.

قبل البدء في عملية إنزال المسبار ، يجب عليك:

تحقق مما إذا تم تعيين معلمات النهج بشكل صحيح:

كسب ردود الفعل كسب نظام التشغيلعلى القيمة 3 ,

تأكد من المعلمة إخمادالسعة (القوة)تبلغ قيمته حوالي 0.2 (انظر الشكل 7-29). خلاف ذلك ، اضغط على الزر سلطةوفي النافذة ضبط معلمات التفاعل (الشكل 7-30)مجموعة القيمة إخمادالسعةمساو 0.2. للحصول على نهج أكثر دقة ، قيمة المعلمة إخمادالسعةربما أقل .

تحقق مما إذا كانت الإعدادات صحيحة في نافذة المعلمات المعلمات، صفحة نهج المعلمات.

يمكن تحديد ما إذا كان هناك تفاعل أم لا بواسطة المؤشر الأيسر الماسح الضوئيض. التمديد الكامل للماسح الضوئي (المؤشر بأكمله الماسح الضوئيضباللون الأزرق) ، بالإضافة إلى مؤشر خمري مظلل تمامًا سعة تذبذب المسبار(الشكل 7-29) يشير إلى عدم وجود تفاعل. بعد إجراء البحث عن الرنين وضبط تردد التشغيل ، يتم أخذ سعة الاهتزازات الحرة للمسبار كوحدة.

إذا لم يتم تمديد الماسح بالكامل قبل أو أثناء الاقتراب ، أو إذا عرض البرنامج رسالة: "خطأ! المجس قريب جدًا من العينة. تحقق من معلمات النهج أو العقدة المادية. تريد الانتقال إلى مكان آمن "، يوصى بتعليق إجراء الاقتراب و:

أ. قم بتغيير أحد الخيارات:

زيادة مقدار التفاعل ، المعلمة إخمادالسعة، أو

زيادة القيمة كسب نظام التشغيل، أو

زيادة وقت التأخير بين خطوات النهج (المعلمة الوقت التكاملعلى الصفحة نهج المعلماتنافذة او شباك المعلمات).

ب. قم بزيادة المسافة بين طرف المسبار والعينة (للقيام بذلك ، اتبع الخطوات الموضحة في الفقرة وقم بإجراء العملية صدى، ثم العودة إلى الإجراء إمداد.

أرز. 7 30. نافذة لتحديد قيمة التفاعل بين المجس والعينة

بعد التقاط التفاعل ، تظهر الرسالة " اكتمل الرصاص ".

إذا كان من الضروري الاقتراب بخطوة واحدة ، فاضغط على الزر. في هذه الحالة ، يتم تنفيذ الخطوة أولاً ، ثم يتم التحقق من معايير التقاط التفاعل. لإيقاف الحركة ، اضغط على الزر. لإجراء عملية التراجع ، يجب أن تضغط على الزر للتراجع السريع

أو اضغط على الزر للتراجع البطيء. إذا لزم الأمر ، اسحب خطوة واحدة ، واضغط على الزر. في هذه الحالة ، يتم تنفيذ الخطوة أولاً ، ثم يتم التحقق من معايير التقاط التفاعل.

7. مسح

بعد الانتهاء من إجراء المقاربة ( إمداد) والتقاط التفاعل ، يصبح المسح متاحًا (زر في نافذة لوحة التحكم في الجهاز).

بالضغط على هذا الزر (يظهر منظر نافذة المسح في الشكل 7-31) ، ينتقل المستخدم مباشرة إلى القياس ويحصل على نتائج القياس.

قبل إجراء عملية المسح ، تحتاج إلى ضبط معلمات المسح. يتم تجميع هذه الخيارات على الجانب الأيمن من الشريط العلوي للنافذة. يتم المسح.

في المرة الأولى بعد بدء البرنامج ، يتم تثبيتها افتراضيًا:

منطقة المسح - منطقة (Xنانومتر *صنانومتر): 5000 * 5000 نانومتر ؛

مقدار النقاطقياسات على طول المحاور- س ، ص: NX=100, نيويورك=100;

مسار المسح - اتجاهيحدد اتجاه المسح. يتيح لك البرنامج تحديد اتجاه محور المسح السريع (X أو Y). عند بدء تشغيل البرنامج ، يتم تثبيته اتجاه

بعد تعيين معلمات المسح ، يجب النقر فوق الزر يتقدملتأكيد إدخال المعلمات والزر يبدألبدء المسح.

أرز. 7 31. نافذة لإدارة العملية وعرض نتائج المسح CCM

7.4. المبادئ التوجيهية

اقرأ دليل المستخدم [Ref. 7-4].

7.5 الأمان

يتم تشغيل الجهاز بجهد 220 فولت.

7.6 المهمة

1. قم بإعداد العينات البيولوجية الخاصة بك لدراسات SPM.

2. ممارسة التصميم العام لـ NanoEducator.

3. التعرف على برنامج التحكم NanoEducator.

4. احصل على أول صورة SPM تحت إشراف المعلم.

5. معالجة وتحليل الصورة الناتجة. ما هي أنواع البكتيريا النموذجية للحل الخاص بك؟ ما الذي يحدد شكل وحجم الخلايا البكتيرية؟

6. خذ مفتاح Burgey's Bacteria وقارن النتائج مع تلك الموصوفة هناك.

7.7 أسئلة التحكم

1. ما هي طرق دراسة الأشياء البيولوجية؟

2. ما هو مجس المسح المجهري؟ ما هو المبدأ الذي يقوم عليه؟

3. قم بتسمية المكونات الرئيسية لـ SPM والغرض منها.

4. ما هو تأثير كهرضغطية وكيف يتم تطبيقها في SPM. وصف التصاميم المختلفة للماسحات الضوئية.

5. وصف التصميم العام لـ NanoEducator.

6. وصف مستشعر تفاعل القوة ومبدأ تشغيله.

7. وصف آلية الاقتراب من المجس للعينة في NanoEducator. اشرح المعلمات التي تحدد قوة التفاعل بين المجس والعينة.

8. شرح مبدأ المسح وتشغيل نظام التغذية الراجعة. أخبرنا عن معايير تحديد خيارات الفحص.

7.8 الأدب

أشعل. 7 1. بول دي كروي. صيادو الميكروبات. إم تيرا. 2001.

أشعل. 7 2. دليل للتمارين العملية في علم الأحياء الدقيقة. تحت رئاسة تحرير إيغوروف إن إس. موسكو: Nauka ، 1995.

أشعل. 7 3. هولت جيه ، كريج ن. ، ب. سنيث ، جيه ستالي ، س. ويليامز. // محدد للبكتيريا بورجي. م: مير ، 1997. المجلد رقم 2. C. 574.

أشعل. 7 4. دليل مستخدم الصك NanoEducator.أشياء. نيزهني نوفجورود. مركز علمي وتعليمي ...

ملاحظات محاضرة عن خطة محاضرة "الفحص المجهري للمسبار في علم الأحياء"

الملخص

... يتم المسحمسبارالفحص المجهريفي علم الأحياء "خطة المحاضرات: مقدمة ، تاريخ SPM. حدود التطبيقات... والبنى النانوية ، ابحاثبيولوجيأشياء: الحائزين على جائزة نوبل... لابحاثعينة محددة: ب يتم المسحمسبارالفحص المجهريل ...

البرنامج التمهيدي للمؤتمر الروسي الثالث والعشرون حول الفحص المجهري الإلكتروني يونيو 1 الثلاثاء صباح 10 00-14 00 افتتاح المؤتمر كلمة افتتاحية

برنامج

ب. كارادزيان ، يو. إيفانوفا ، يو. إيفليف ، ف. بوبينكو طلبمسبارومتحد البؤر يتم المسحالفحص المجهريلابحاثعمليات الإصلاح باستخدام ترقيع نانوي ...

طرق المؤتمر العلمي الأول لعموم روسيا لدراسة تكوين وهيكل المواد الوظيفية

وثيقة

متعدد العناصر أشياءلا مرجع ... Lyakhov N.Z. ابحاثالمركبات النانوية بيولوجيانشط ... Aliev V.Sh. طلبطريقة مسبارالمجهريةلابحاثتأثير... يتم المسحقياس السعرات الحرارية والتحفيز الحراري لابحاث ...

كانت الأجهزة الأولى التي جعلت من الممكن مراقبة الأجسام النانوية وتحريكها هي مجاهر المسح - مجهر القوة الذرية ومجهر المسح النفقي الذي يعمل على مبدأ مماثل. تم تطوير مجهر القوة الذرية (AFM) بواسطة G. Binnig و G. Rohrer ، الذين حصلوا على جائزة نوبل في عام 1986 لهذه الدراسات. إن إنشاء مجهر القوة الذرية ، القادر على الشعور بقوى الجذب والتنافر التي تنشأ بين الذرات الفردية ، جعل من الممكن أخيرًا "الشعور ورؤية" الأجسام النانوية.

الشكل 9. مبدأ تشغيل مجهر مسبار المسح (مأخوذ من http://www.nanometer.ru/2007/06/06/atomno_silovaa_mikroskopia_2609.html#). يوضح الخط المنقط مسار شعاع الليزر. تفسيرات أخرى في النص.

أساس AFM (انظر الشكل 9) هو مسبار ، عادة ما يكون مصنوعًا من السيليكون ويمثل لوحة رقيقة (يطلق عليه اسم ناتئ ، من الكلمة الإنجليزية "ناتئ" - وحدة تحكم ، شعاع). في نهاية الكابول (الطول »500 ميكرومتر ، العرض» 50 ميكرومتر ، السماكة »1 ميكرومتر) يوجد ارتفاع حاد جدًا (الطول» 10 ميكرومتر ، نصف قطر الانحناء من 1 إلى 10 نانومتر) ، ينتهي بمجموعة من واحد أو المزيد من الذرات (انظر الشكل 10).

الشكل 10. الصور المجهرية الإلكترونية لنفس المسبار مأخوذة بتكبير منخفض (علوي) وعالي.

عندما يتحرك المسبار الدقيق على طول سطح العينة ، يرتفع طرف السنبلة وينخفض ​​، مما يحدد الشكل الدقيق للسطح ، تمامًا كما تنزلق إبرة الجراموفون فوق أسطوانة جراموفون. في الطرف البارز من الكابول (فوق السنبلة ، انظر الشكل 9) توجد منطقة مرآة ، يسقط عليها شعاع الليزر وينعكس. عندما ينخفض ​​السنبلة وترتفع على المخالفات السطحية ، تنحرف الحزمة المنعكسة ، ويتم تسجيل هذا الانحراف بواسطة جهاز كشف ضوئي ، ويتم تسجيل القوة التي ينجذب بها السنبلة إلى الذرات القريبة بواسطة مستشعر كهرضغطية.

تُستخدم البيانات المأخوذة من جهاز الكشف الضوئي وجهاز الاستشعار الكهروإجهادي في نظام التغذية المرتدة الذي يمكن أن يوفر ، على سبيل المثال ، قيمة ثابتة لقوة التفاعل بين المسبار الدقيق وسطح العينة. نتيجة لذلك ، من الممكن بناء تضاريس ثلاثية الأبعاد لسطح العينة في الوقت الفعلي. دقة طريقة AFM حوالي 0.1-1 نانومتر أفقيًا و 0.01 نانومتر عموديًا. يتم عرض صورة لبكتيريا Escherichia coli التي تم الحصول عليها باستخدام مجهر مسبار المسح في الشكل. أحد عشر.

الشكل 11. بكتيريا الإشريكية القولونية ( الإشريكية القولونية). تم الحصول على الصورة باستخدام مجهر مسبار المسح. يبلغ طول البكتيريا 1.9 ميكرومتر وعرضها 1 ميكرومتر. يبلغ سمك الأسواط والأهداب 30 نانومتر و 20 نانومتر على التوالي.

تستخدم مجموعة أخرى من مجاهر مجسات المسح ما يسمى بـ "تأثير النفق" الميكانيكي الكمومي لبناء تضاريس السطح. يتمثل جوهر تأثير النفق في أن التيار الكهربائي بين إبرة معدنية حادة وسطح يقع على مسافة حوالي 1 نانومتر يبدأ في الاعتماد على هذه المسافة - فكلما كانت المسافة أصغر ، زاد التيار. إذا تم تطبيق جهد 10 فولت بين الإبرة والسطح ، فيمكن أن يكون تيار "الأنفاق" هذا من 10 باسكال إلى 10 نان أمبير. من خلال قياس هذا التيار والحفاظ عليه ثابتًا ، يمكن أيضًا أن تظل المسافة بين الإبرة والسطح ثابتة. يتيح لك هذا إنشاء ملف تعريف سطح ثلاثي الأبعاد (انظر الشكل 12). على عكس مجهر القوة الذرية ، يمكن لمجهر المسح النفقي فقط دراسة أسطح المعادن أو أشباه الموصلات.

الشكل 12. إبرة مجهر مسح نفقي ، تقع على مسافة ثابتة (انظر الأسهم) فوق طبقات ذرات السطح قيد الدراسة.

يمكن أيضًا استخدام مجهر المسح النفقي لنقل الذرة إلى النقطة التي يختارها المشغل. على سبيل المثال ، إذا كان الجهد بين طرف المجهر وسطح العينة أكبر إلى حد ما من اللازم لدراسة هذا السطح ، فإن ذرة العينة الأقرب إليها تتحول إلى أيون و "تقفز" على الإبرة. بعد ذلك ، بتحريك الإبرة قليلاً وتغيير الجهد ، يمكن جعل الذرة الهاربة "تقفز" إلى سطح العينة. وبالتالي ، من الممكن معالجة الذرات وإنشاء بنى نانوية ، أي على السطح ، لها أبعاد بترتيب نانومتر. في عام 1990 ، أظهر موظفو IBM أن هذا كان ممكنًا عن طريق إضافة اسم شركتهم على لوح نيكل من 35 ذرة زينون (انظر الشكل 13).

الشكل 13. يتكون من 35 ذرة زينون على لوح نيكل ، اسم IBM ، صنعه موظفو هذه الشركة باستخدام مجهر مسح ضوئي في عام 1990.

باستخدام مجهر المجس ، لا يمكن للمرء تحريك الذرات فحسب ، بل أيضًا إنشاء متطلبات مسبقة للتنظيم الذاتي. على سبيل المثال ، إذا كانت هناك قطرة ماء تحتوي على أيونات ثيول على صفيحة معدنية ، فإن مسبار المجهر سيعزز مثل هذا الاتجاه لهذه الجزيئات ، حيث سيتم إبعاد ذيلهما الهيدروكربونيين بعيدًا عن اللوحة. نتيجة لذلك ، من الممكن تكوين طبقة أحادية من جزيئات الثيول الملتصقة باللوحة المعدنية (انظر الشكل 14). هذه الطريقة لإنشاء طبقة أحادية من الجزيئات على سطح معدني تسمى "الطباعة الحجرية النانوية على شكل قلم".

الشكل 14. أعلى اليسار - ناتئ (رمادي فولاذي) لمجهر مسح ضوئي فوق لوح معدني. على اليمين توجد صورة مكبرة للمنطقة (محاطة بدائرة باللون الأبيض في الشكل على اليسار) أسفل المسبار الكابولي ، والتي تُظهر بشكل تخطيطي جزيئات ثيول ذات ذيول الهيدروكربون الأرجواني التي تصطف في طبقة أحادية عند طرف المسبار. مقتبس من Scientific American، 2001، September، p. 44.

مجهر المسح الضوئي

الفحص المجهري بمسبار المسح هو أصغر اتجاه واعد في نفس الوقت في دراسة خصائص السطح. تتميز مجاهر المجسات بدقة قياسية تقل عن 0.1 نانومتر. يمكنهم قياس التفاعل بين السطح والطرف المجهري الذي يقوم بمسحها - مسبار - وعرض صورة ثلاثية الأبعاد على شاشة الكمبيوتر.

تسمح طرق الفحص المجهري ليس فقط برؤية الذرات والجزيئات ، ولكن أيضًا للتأثير عليها. في هذه الحالة ، ما هو مهم بشكل خاص ، يمكن دراسة الأشياء ليس بالضرورة في الفراغ (وهو أمر معتاد بالنسبة للمجاهر الإلكترونية) ، ولكن أيضًا في الغازات والسوائل المختلفة.

تم اختراع مجهر المسح النفقي للمسبار في عام 1981 من قبل G. Binning و H. Rohrer (الولايات المتحدة الأمريكية) ، وهما موظفان في مركز أبحاث IBM. بعد خمس سنوات ، حصلوا على جائزة نوبل لهذا الاختراع.

حاول Binning و Rohrer تصميم جهاز لدراسة المساحات السطحية الأصغر من 10 نانومتر. تجاوزت النتيجة التوقعات الأكثر جموحًا: تمكن العلماء من رؤية الذرات الفردية ، التي يبلغ حجمها حوالي نانومتر واحد فقط. يعتمد تشغيل مجهر المسح النفقي على ظاهرة ميكانيكية كمومية تسمى تأثير النفق. يتم وضع طرف معدني رفيع جدًا - مسبار سالب الشحنة - على مسافة قريبة من العينة ، وهي معدن أيضًا ، مشحونة بشكل إيجابي. في تلك اللحظة ، عندما تصل المسافة بينهما إلى عدة مسافات بين الذرية ، ستبدأ الإلكترونات بالمرور عبرها بحرية - "نفق": سيتدفق التيار عبر الفجوة.

من الأهمية بمكان لتشغيل المجهر الاعتماد الحاد للتيار النفقي على المسافة بين الطرف وسطح العينة. إذا تم تقليل الفجوة بمقدار 0.1 نانومتر فقط ، سيزداد التيار بنحو 10 مرات. لذلك ، حتى المخالفات في حجم الذرة تسبب تقلبات ملحوظة في حجم التيار.

للحصول على صورة ، يقوم المسبار بمسح السطح ويقرأ النظام الإلكتروني التيار. اعتمادًا على كيفية تغير هذه القيمة ، إما أن يسقط الطرف أو يرتفع. وبالتالي ، يحافظ النظام على قيمة الثابت الحالي ، ويتبع مسار حركة الطرف ارتياح السطح ، والانحناء حول التلال والمنخفضات.

يقوم الطرف بتحريك الماسح الضوئي ، وهو مناور مصنوع من مادة يمكن أن تتغير تحت تأثير الجهد الكهربائي. غالبًا ما يتخذ ماسح بيزو شكل أنبوب به أقطاب متعددة تستطيل أو تنحني ، وتحرك المسبار في اتجاهات مختلفة بدقة تصل إلى جزء من الألف من نانومتر.

يتم تحويل المعلومات المتعلقة بحركة الطرف إلى صورة للسطح ، يتم بناؤها نقطة تلو الأخرى على الشاشة. من أجل الوضوح ، تم رسم أقسام من ارتفاعات مختلفة بألوان مختلفة.

من الناحية المثالية ، يجب أن يكون هناك ذرة واحدة ثابتة في نهاية طرف المسبار. إذا كان هناك العديد من النتوءات في نهاية الإبرة ، فقد تتضاعف الصورة أو تتضاعف ثلاث مرات. للقضاء على العيب ، يتم حفر الإبرة في الحمض ، مما يمنحها الشكل المطلوب.

بمساعدة المجهر النفقي ، تم إجراء عدد من الاكتشافات. على سبيل المثال ، وجدوا أن الذرات الموجودة على سطح البلورة مرتبة بشكل مختلف عن الداخل ، وغالبًا ما تشكل هياكل معقدة.

بمساعدة المجهر النفقي ، يمكن دراسة الكائنات الموصلة فقط. ومع ذلك ، فإنه يجعل من الممكن أيضًا ملاحظة العوازل الرقيقة على شكل فيلم عند وضعها على سطح مادة موصلة. وعلى الرغم من أن هذا التأثير لم يتم شرحه بالكامل بعد ، إلا أنه يتم استخدامه بنجاح لدراسة العديد من الأفلام العضوية والأشياء البيولوجية - البروتينات والفيروسات.

إمكانيات المجهر كبيرة. بمساعدة إبرة المجهر ، يتم تطبيق الرسومات على الألواح المعدنية. للقيام بذلك ، يتم استخدام الذرات الفردية كمادة "كتابة" - يتم ترسيبها على السطح أو إزالتها منه. وهكذا ، في عام 1991 ، كتب موظفو شركة IBM ذرات زينون على سطح لوحة نيكل باسم شركتهم - IBM. يتكون الحرف "I" من 9 ذرات فقط ، والحرفان "B" و "M" - 13 ذرة لكل منهما.

تم اتخاذ الخطوة التالية في تطوير الفحص المجهري للمسبار في عام 1986 بواسطة Binning و Kveit و Gerber. لقد صنعوا مجهر القوة الذرية. إذا كان الدور الحاسم في المجهر النفقي هو الاعتماد الحاد للتيار النفقي على المسافة بين المسبار والعينة ، فعندئذٍ بالنسبة لمجهر القوة الذرية ، يكون اعتماد قوة تفاعل الأجسام على المسافة بينهما أهمية حاسمة.

مسبار مجهر القوة الذرية عبارة عن لوحة مرنة مصغرة - ناتئ. علاوة على ذلك ، يتم إصلاح أحد نهاياته ، بينما في الطرف الآخر يتكون طرف مجس من مادة صلبة - السيليكون أو نيتريد السيليكون. عندما يتحرك المسبار ، فإن قوى التفاعل بين ذراته والسطح غير المستوي للعينة ستثني اللوحة. من خلال تحقيق مثل هذه الحركة للمسبار ، عندما يظل الانحراف ثابتًا ، يمكن الحصول على صورة لملف السطح. يسمح وضع التشغيل هذا للميكروسكوب ، والذي يسمى وضع التلامس ، بالقياس ، بدقة من كسور النانومتر ، ليس فقط الإغاثة ، ولكن أيضًا قوة الاحتكاك والمرونة واللزوجة للكائن قيد الدراسة.

غالبًا ما يؤدي المسح الملامس للعينة إلى تشوهها وتدميرها. يمكن أن يكون تأثير المسبار على السطح مفيدًا ، على سبيل المثال ، في تصنيع الدوائر الدقيقة. ومع ذلك ، يمكن للمسبار أن يكسر بسهولة طبقة رقيقة من البوليمر أو يتلف البكتيريا ، مما يتسبب في موتها. لتجنب ذلك ، يتم إحضار الكابولي إلى تذبذب رنيني بالقرب من السطح ويتم تسجيل التغيير في السعة أو التردد أو مرحلة التذبذبات الناتجة عن التفاعل مع السطح. تتيح هذه الطريقة دراسة الميكروبات الحية: تعمل الإبرة المتذبذبة على البكتيريا مثل التدليك الخفيف ، دون التسبب في ضرر ، وتسمح لك بمراقبة حركتها ونموها وانقسامها.

في عام 1987 ، اقترح أ. مارتن وك. فيكراما سينغ (الولايات المتحدة الأمريكية) استخدام إبرة مجهرية ممغنطة كنصيحة فحص. وكانت النتيجة مجهر قوة مغناطيسية.

يسمح هذا المجهر للفرد برؤية المناطق المغناطيسية الفردية في المواد - المجالات - يصل حجمها إلى 10 نانومتر. يتم استخدامه أيضًا للتسجيل عالي الكثافة للمعلومات عن طريق تشكيل المجالات على سطح الفيلم باستخدام حقول الإبرة والمغناطيس الدائم. مثل هذا التسجيل أكثر كثافة بمئات المرات من مثيله على الأقراص المغناطيسية والبصرية الحديثة.

في السوق العالمية للميكانيكا الدقيقة ، حيث يتولى عمالقة مثل IBM و Hitachi و Gillette و Polaroid و Olympus و Joyle و Digital Instruments المسؤولية ، كان هناك أيضًا مكان لروسيا. يسمع صوت شركة MDT الصغيرة من Zelenograd بالقرب من موسكو بصوت أعلى وأعلى.

يقترح دينيس شاباتوف ، كبير التقنيين: "دعونا ننسخ على لوحة ، أصغر بعشر مرات من شعرة الإنسان ، رسم صخري رسمه أسلافنا البعيدين". - يتحكم الكمبيوتر في "الفرشاة" ، المسبار - إبرة طولها 15 ميكرون ، وقطرها مئات الميكرون. تتحرك الإبرة على طول "القماش" ، وحيث تلامس تظهر مسحة بحجم الذرة. تدريجيا ، يظهر غزال على شاشة العرض ، متبوعًا بالركاب.

MDT هي الشركة المصنعة الوحيدة للمجاهر والمجسات في البلاد. هي واحدة من قادة العالم الأربعة. يتم شراء منتجات الشركة في الولايات المتحدة الأمريكية واليابان وأوروبا.

بدأ كل شيء بحقيقة أن دينيس شبراتوف وأركادي غولوغانوف ، المهندسين الشباب في أحد معاهد زيلينوجراد في أزمة ، يفكرون في كيفية العيش ، اختاروا الميكانيكا الدقيقة. هم ، ليس بدون سبب ، اعتبروه الاتجاه الواعد.

يتذكر غولوغانوف قائلاً: "لم تكن لدينا مجمعات يجب علينا منافسة منافسين أقوياء". - بالطبع ، أجهزتنا أدنى من المعدات المستوردة ، ولكن من ناحية أخرى ، فإنها تجبر المرء على أن يكون ماكرًا ، وأن يستخدم عقله. وهم بالتأكيد ليسوا أسوأ منا. والاستعداد لحرث أكثر من كاف. كانوا يعملون ليل نهار ، لا أيام عطلة. أصعب شيء لم يكن حتى صنع مسبار منمنمات فائق ، ولكن بيعه. نحن نعلم أن بلدنا هو الأفضل في العالم ، فنحن نصيح بشأنه على الإنترنت ، ونقصف العملاء بالفاكسات ، باختصار ، نركل أرجلنا مثل ذلك الضفدع - بدون أي انتباه.

عندما علموا أن أحد رواد إنتاج المجاهر ، الشركة اليابانية Joyle ، كان يبحث عن إبر ذات شكل معقد للغاية ، أدركوا أن هذه كانت فرصتهم. كلف النظام الكثير من القوة والأعصاب ، لكنه حصل على أجر زهيد. لكن المال لم يكن هو الشيء الرئيسي - الآن يمكنهم التصريح بأعلى أصواتهم: إن Joyle الشهير هو عميلنا. وبالمثل ، لمدة عام ونصف تقريبًا ، أنتجت MDT مجسات خاصة للمعهد الوطني الأمريكي للمعايير والتكنولوجيا مجانًا. وظهر اسم كبير جديد في قائمة العملاء.

يقول شبراتوف: "أصبح تدفق الطلبات الآن من النوع الذي لم يعد بإمكاننا إرضاء الجميع". - للأسف ، هذه هي خصوصية روسيا. لقد أثبتت التجربة أنه من المنطقي بالنسبة لنا إنتاج مثل هذه المنتجات كثيفة العلم على دفعات صغيرة ، بينما يجب إنشاء الإنتاج الضخم في الخارج ، حيث لا توجد اضطرابات في الإمدادات ، وجودتها المنخفضة ، والمقاولين من الباطن الاختياريين ".

تزامن ظهور الفحص المجهري للمسح الضوئي بنجاح مع بداية التطور السريع لتكنولوجيا الكمبيوتر ، مما فتح إمكانيات جديدة لاستخدام المجاهر المجسّة. في عام 1998 ، تم إنشاء نموذج مجهر مسح ضوئي FemtoScan-001 في مركز التقنيات المتقدمة (موسكو) ، والذي يتم التحكم فيه أيضًا عبر الإنترنت. الآن ، في أي مكان في العالم ، سيتمكن الباحث من العمل على مجهر ، وأي شخص يريد أن "ينظر" إلى العالم المصغر دون مغادرة الكمبيوتر.

اليوم ، تستخدم هذه المجاهر فقط في البحث العلمي. بمساعدتهم ، يتم إجراء أكثر الاكتشافات إثارة في علم الوراثة والطب ، ويتم إنشاء مواد ذات خصائص مذهلة. ومع ذلك ، من المتوقع حدوث اختراق في المستقبل القريب ، في المقام الأول في الطب والإلكترونيات الدقيقة. سوف تظهر Microrobots ، لتوصيل الأدوية عبر الأوعية مباشرة إلى الأعضاء المريضة ، وسيتم إنشاء أجهزة كمبيوتر عملاقة مصغرة.

من كتاب 100 اختراع عظيم مؤلف ريجوف كونستانتين فلاديسلافوفيتش

28- المجهر في نفس الوقت الذي بدأ فيه استكشاف الفضاء باستخدام التلسكوبات ، بذلت المحاولات الأولى للكشف عن أسرار العالم المجهري باستخدام العدسات. ومن المعروف أن الأجسام الصغيرة ، حتى لو كانت مضاءة جيدًا ، ترسل شعاعًا ضعيفًا جدًا إلى العين

من كتاب الموسوعة السوفيتية العظمى (IO) للمؤلف TSB

من كتاب الموسوعة السوفيتية العظمى (MI) للمؤلف TSB

من كتاب الموسوعة السوفيتية العظمى (TE) للمؤلف TSB

من كتاب الموسوعة السوفيتية العظمى (EL) للمؤلف TSB

من كتاب كل شيء عن كل شيء. حجم 2 المؤلف ليكوم أركادي

من كتاب الصحافة الساخرة السوفيتية 1917-1963 مؤلف ستيكالين سيرجي إيليتش

من كتاب 100 اختراع مشهور مؤلف بريستينسكي فلاديسلاف ليونيدوفيتش

من كتاب الموسوعة العظيمة للتكنولوجيا مؤلف فريق المؤلفين

من اخترع المجهر؟ كلمة "مجهر" من أصل يوناني: الجزء الأول يعني "صغير" ، والثاني - "مراقب". ومن هنا "المجهر" - مراقب لشيء صغير جدا. إنها أداة تستخدم لفحص الأشياء الصغيرة ، وليس

من كتاب Who's Who في عالم الاكتشافات والاختراعات مؤلف سيتنيكوف فيتالي بافلوفيتش

* مجلة MICROSCOPE Satirical. نُشرت في Novo-Nikolaevsk (نوفوسيبيرسك الآن) في عام 1922 (المصدر: Siberian Sov. Encycl.، Vol. I، p.

من كتاب المؤلف

من كتاب المؤلف

المجهر المجهر هو جهاز بصري مصمم للحصول على صور مكبرة لأي كائنات أو تفاصيل بنية هذه الأشياء غير المرئية بالعين المجردة. بشكل عام ، المجهر هو نظام يتكون من عدستين ، ولكن

من كتاب المؤلف

مجهر الأشعة السينية مجهر الأشعة السينية هو جهاز يفحص التركيب المجهري وهيكل كائن باستخدام الأشعة السينية. يحتوي مجهر الأشعة السينية على حد دقة أعلى من المجهر الضوئي بسبب

من كتاب المؤلف

المجهر الأيوني المجهر الأيوني هو أداة تستخدم شعاع أيوني تم إنشاؤه بواسطة تفريغ الغاز أو مصدر الأيونات الحرارية للحصول على الصور. يشبه مبدأ تشغيل المجهر الأيوني مبدأ المجهر الإلكتروني. يمر من خلال كائن و

من كتاب المؤلف

المجهر الميكروسكوب هو جهاز بصري يسمح لك بالحصول على صور لأشياء غير مرئية للعين المجردة. يتم استخدامه لمراقبة الكائنات الحية الدقيقة والخلايا والبلورات وهياكل السبائك بدقة 0.20 ميكرون. هذه هي أصغر دقة مجهر.

من كتاب المؤلف

من اخترع المجهر؟ كلمة "مجهر" من أصل يوناني: الجزء الأول يعني "صغير" ، والثاني - "مراقب". ومن هنا "المجهر" - مراقب لشيء صغير جدا. إنها أداة تستخدم لعرض الأشياء الصغيرة ، وليس