Сканирующая силовая спектроскопия наноструктурированных полимерных и биологических систем

• Автор: Голутвин, Игорь Андреевич
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 131 с. : ил.

Глава

• Фундаментальные принципы атомно-силовой микроскопии (обзор

литературы)

1.1 Устройство и принцип работы ACM постоянного контакта

1.2 Взаимодействие зонда ACM и поверхности образца

1.2.1 Силы Ван-дер-Ваальса

1.2.2 Капиллярные силы

1.2.3 Гидрофобный эффект

1.2.4 Минимизация силы взаимодействия зонда и поверхности

1.3 ACM прерывистого контакта

1.4 ACM модуляции силы

1.5 ACM в жидкой среде

1.6 Применение ACM для исследования биологических объектов
1.7 Режим снятия силовых кривых и метод ССС
1.8 Применение ACM и ССС для исследования полимерных систем
Глава II
Определение механических характеристик поверхности при помощи ACM и ССС (теоретическая часть)
2.1 Силовые кривые ACM
2.2 Теория контактных деформаций
2.2.1 Теория Герца
2.2.2 Теория Джонсона-Кендалла-Робертса (ДКР)
2.2.3 Теория Дерягина Муллера Топорова (ДМТ)
щ 2.2.4 Теория Магиса-Дагдейла (МД)
2.2.5 Трудности связанные с применением теории контактных деформаций для интерпретации данных ACM и ССС
2.2.6 Силовое картирование поверхности
2.3 Программное обеспечение NanoScale Explorer
2.3.1 Анализ силовых кривых в программе NanoScale Explorer
2.3.2 Определение усредненного калибровочного коэффициента
Глава III
Исследование поверхностных свойств наноструктурированных # полимерных систем при помощи методов ACM и ССС
3.1 ACM блоксополимеров

3.1.1 Материалы и оборудование
3.1.2 Результаты АСМ исследования пленок СБС блоксополимера
3.1.3 Силовое картирование СБС блоксополимера
* 3.2 А СМ самоорганизующихся многослойных пленок на основе
амфифильных полиэлектролитов
3.2.1 Материалы и оборудование
3.2.2 Формирование многослойных полимерных пленок
3.2.3 Силовое картирование многослойных пленок полиэлекгролитов
Глава IV
Атомно-силовая микроскопия вирусов
4.1 АСМ вирусов на неспецифических подложках
4.1.1 Материалы и оборудование
* 4.1.2 Нанесение вирусных частиц на поверхность подложки
4.1.3 Результаты АСМ исследования вирусов
4.2 АСМ вирусов на подложках обладающих иммунологической специфичностью
4.2.1 Материалы и методы
4.2.2 Результаты АСМ исследования вирусов
4.3 Исследование микромеханики вирусов при помощи метода ССС
Заключение
Выводы
Благодарности
* Библиография

Список иллюстраций
Рис. 1.1 Основные компоненты атомно-силового микроскопа
Рис. 1.2 Изображение зонда ACM, полученное в сканирующем электронном
микроскопе.
Рис. 1.3 Схематическое изображение зонда ACM Рис. 1.4 Сканирующая и детектирующая системы ACM
Рис. 1.5 Силы действующие на зонд ACM при проведении ACM исследования в воздушной среде
Рис. 2.1 Силовые кривые ACM при подводе и отводе зонда от поверхности образца
Рис. 2.2 Силовые кривые ACM при подводе зонда к поверхности, записанные
для жесткого и мягкого образцов
Рис. 2.3 Упругая деформация образца зондом ACM
Рис. 2.4 Силовые кривые в координатах AZc(D), записанные для жесткого и мягкого образцов.
Рис. 2.5 Контакт двух тел
Рис. 2.6 Программное обеспечение NanoScale Explorer
Рис. 2.7 Анализ силовых кривых в программе Nanoscale Explorer
Рис. 2.8 Распределение работы при деформации по поверхности слюды
Рис. 3.1 Строение макромолекулы блоксополимера стирол-бутадиен-стирола
Рис. 3.2 Топография поверхности СБС пленки
Рис. 3.3 Зависимость относительной высоты блоков в СБС блоксополимере от амплитуды свободных колебаний кантилевера.
Рис. 3.4 Топография поверхности СБС пленки полученная в режиме прерывистого контакта при различных значениях амплитуды свободных колебаний
Рис. 3.5 Топография поверхности СБС пленки полученная в контактном режиме при различных значениях силы взаимодействия зонд-образец
сферой (например, молекул ряда белков, вирусов и пр.), а также плоских образцов, например, тонких пленок.
Воспроизведем известные формулы [101] и проведем оценки. Если зонд и образец вблизи точки контакта описываются сферическими поверхностями и характеризуются радиусами кривизны И. и Я', то, согласно (2.2):
Из соображений симметрии ясно, что а = Ь, и, из соотношений (2.4), следует, что область контакта будет представлять собой окружность радиуса а:
Для величины Ь - сближения зонда и образца за счет контактных деформаций -в этом случае справедлива формула [101]:
В этих формулах, как и ранее, Р - сила, сдавливающая зонд и образец. Приведем также формулу для потенциальной энергии И соприкасающихся шаров.
В случае контакта сферического зонда и плоского образца (наиболее часто встречающийся в АСМ случай) уравнения теории Герца принимают следующий вид:
Для радиуса контактной области:
(2.6)
а = (КЯ)У>