Сканирующая силовая микроскопия полимерных структур на подложке

• Автор: Галлямов, Марат Олегович
• Шифр специальности: 02.00.06
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 452 с. : ил.

Введение

Цель и задачи исследования

1 Вопросы применения сканирующей силовой микроскопии

к исследованию полимерных объектов

1.1 Общие принципы сканирующей силовой микроскопии .

1.1.1 Формирование изображений в ССМ.

1.1.2 Типичные искажения изображений, получаемых с помощью ССМ

1.1.3 Визуализация молекулярной упаковки в монослойных пленках дендримеров

1.2 Сопоставление сканирующей силовой микроскопии с иными методами исследования.

1.2.1 Методология эксперимента с использованием ССМ .

1.2.2 Сканирующая туннельная микроскопия.

1.2.3 Современные методы оптической микроскопии высокого разрешения
1.2.4 Сопоставление возможностей методов ССМ и СЭМ .
1.2.5 Сопоставление возможностей методов ССМ и ПЭМ
1.3 Заключение и постановка задач экспериментального исследования
2 Количественный анализ конформации полимерных цепей
2.1 Способы количественного описания конформации макромолекул на подложке по результатам наблюдений ССМ . .
2.1.1 Количественный анализ конформации макромолекул в рамках персистентной модели.
2.1.2 Показатель v как количественный индикатор конформации адсорбированных макромолекул.
2.2 Модельная система модифицированные цепи П4ВП, адсорбированные на слюду
2.2.1 Схема эксперимента по визуализации исходных и модифицированных макромолекул П 3 П
2.2.2 Результаты визуализации исходных и гидрофобномодифицированных макромолекул П 3П .
2.2.3 Математическая процедура определения показателя и на основе статистического анализа параметров визуализированных макромолекул .
2.2.4 Результаты количественного конформационного анализа визуализированных исходных и гидрофобномодифицированных макромолекул П4ВП .
2.3 Заключение
2.3.1 Выводы
3 Визуализация индуцированных трансформаций адсорбированных макромолекул в режиме реального времени
3.1 Современное состояние исследований трансформаций полимерных структур в реальном времени с помощью ССМ .
3.2 Индуцированные парами конформационные переходы гребнеобразных макромолекул визуализация в режиме реального времени с помощью ССМ
3.2.1 Схема экспериментов по визуализации динамики индуцированных конформационных переходов макромолекул
3.2.2 Результаты исследований обратимых конформационных переходов гребнеобразных макромолекул в парах воды и этанола на подложке из слюды
3.2.3 Результаты исследований обратимых конформационных переходов гребнеобразных макромолекул в различных парах на подложке из слюды
3.3 Индуцированные парами конформационные переходы линейных макромолекул прямые ССМ наблюдения
3.3.1 Линейных макромолекулы П2ВП в парах этанола и воды на подложке из слюды.
3.4 Специфика конформационных переходов гребнеобразных макромолекул на различных подложках при экспозиции в парах
3.4.1 Кон формационные переходы гребнеобразных макромолекул на подложках из кремния и титаната стронция.
3.4.2 Асимметрия стимулированного макромолекулярного смещения по подложке первые шаги к созданию искусственного молекулярного движителя.
3.5 Количественный анализ изменений конформации макромолекул при экспозиции в парах.
3.5.1 Различия индуцированных парами конформационных переходов гребнеобразных и линейных макромолекул на подложке
3.5.2 Специфика индуцированных парами конформационных переходов гребнеобразных макромолекул в составе плотных адсорбированных слоев на подложке
3.6 Заключение.
3.6.1 Выводы.
4 Исследования наноразмерных структур, осажденных из
сверх крити ческой двуокиси углерода
4.1 Способы нанесения тонких полимерных пленок и индивидуальных макромолекул на подложку из С К С
4.2 Схема эксперимента по нанесению наноразмерных струк
гур на подложку из среды СК С
4.3 Результаты исследований формирования ульгратонких полимерных пленок на подложке нанесением из СК С . . .
4.3.1 Пленки сополимера .
4.3.2 Пленки низкомолекулярного ПТФЭ.
4.4 Результаты исследований индивидуальных макромолекул, нанесенных на подложку из СК СОг.
4.4.1 Индивидуальные молекулы дендримеров
4.4.2 Индивидуальные макромолекулы хигозана .
4.5 Супрамолекулярные структуры, самоорганизованные на поверхности подложки.
4.5.1 Самоорганизация перфторалкилалканов на подложке при нанесении из СК С
4.5.2 Реорганизация перфторалкилалканов на подложке
в парах растворителей
4.6 Заключение.
4.6.1 Выводы
Заключение
Выводы.
Благодарность
Библиография


В последующей работе разработанная методология была применена для определения упругих параметров других вирусных частиц . Значения, полученные для модуля упругости индивидуальной частицы ВТМ, согласуются с опубликованными позднее литературными данными. Так в работе приведено значение Е ЗГПа, которое было получено также для одиночных вирусных частиц ВТМ с применением двух альтернативных независимых методик анализа. В работе была применена методология анализа упругого отклика индивидуальной частицы ВТМ при контролируемом надавливании на нее иглой микроскопа, что позволило получить значение Е 1 ГПа. Обзор современных литературных данных по исследованию наномеханических свойств различных биообъектов, включая вирусные частицы различной природы, при использовании иглы микроскопа в качестве наноразмерного индентора приведен в работе . Как подробно обсуждалось в работе 2. С этим аспектом могут быть связаны известные проблемы использования инновационных сверхострых игл, радиус кривизны кончика которых достигает 1 нм . Уменьшение радиуса кривизны кончика иглы в раз приводит к возрастанию контактного давления в 2 5раз 2 т. Действительно, изображения, получаемые с иомощыо сверхострых игл, часто характеризуются эффектом мультивершииноетн зонда, в том числе, как часто наблюдается на практике, спонтанно возникающим в процессе сканирования. Как указано в работе, текущий уровень техники пока не позволяет получать на кончике подобных зондов единственную наноиглу, вместо этого формируется пучок из нескольких наноигл разной высоты. Считается, что контактировать с поверхностью и определять вклад в формируемое изображение должна игла, характеризующаяся наибольшей высотой. Возможная частичная деструкция такой иглы в процессе сканирования изза слишком высоких контактных давлений как раз и может объяснять спонтанное возникновение эффекта мультивершинпости, часто наблюдаемое при использовании сверхострых игл. Действительно, в условиях частичной деструкции самой длинной наноиглы в контакте образцом приходят наноиглы меньшей длины. В связи с этим, нам представляется, что потенциал использования сверхострых игл в полной мере может быть раскрыт лишь при условии повышения также и чувствительности контроля силового взаимодействия зонда и образца особенно при исследованиях на воздухе, что подразумевает необходимость усовершенствования аппаратной части современных сканирующих силовых микроскопов. С СМ, что обусловлено контактными деформациями. Однако подобные рассмотрения могут терять применимость при анализе мономолекулярних, субнанометровых по высоте объектов, поскольку дополнительные вариации их измеряемой высоты могут бы ть обусловлены различным вкладом сил адгезии иглы к подложке и к объекту в прописываемый ССМпрофиль в некоторых случаях эти эффекты столь интенсивны, что приводят к инверсии контраста поверхностных структур субнанометровой высоты на микрографиях ССМ. Высокие значения давления в области контакта зонда и образца могут объяснять наблюдающиеся определенные проблемы использования сверхострых игл с радиусом кривизны кончика до 1 нм, состоящие в частом спонтанном формировании мультивершин пости, что заметным негативным образом влияет на качество получаемых изображений. Часто утверждается, что ССМ позволяет достигать субнанометрового пространственного разрешения, причем не только по нормали при определении высот объектов, но и в латеральном направлении. Основанием для подобного утверждения является возможность визуализации атомарной и молекулярной структуры поверхности, втом числе, при исследованиях на воздухе. Действительно, например, в предыдущей научноквалификационной работе ангора2 были описаны результаты экспериментов по визуализации атомарной структуры поверхностей слюды и пирографита, а также молекулярной структуры различных тонких органических пленок, перенесенных на твердую подложку по методу ЛенгмюраБлоджетт ЛБ. С помощью ССМ исследований в режиме контакта удавалось определять характерные параметры и тип элементарной ячейки двумерной решетки.