ساخت میکروسکوپی با سرعت هزار برابر انواع موجود

محققان دانشگاه‌ هاروارد نوع جدیدی از میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) را توسعه داده‌اند که قادر است هزار برابر سریع‌تر از انواع فعلی، خواص مکانیکی ماده را اندازه‎گیری نماید.
تفاوت این میکروسکوپ با نمونه‌های معمولی این است که نوک (tip) آن به جای این که در مرکز لرزانک (کانتیلیور) قرار گیرد، در یک طرف آن قرار گرفته است.

محققان دانشگاه‌ هاروارد نوع جدیدی از میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) را توسعه داده‌اند
که قادر است هزار برابر سریع‌تر از انواع فعلی، خواص مکانیکی ماده را اندازه‎گیری
نماید.
تفاوت این میکروسکوپ با نمونه‌های معمولی این است که نوک (tip) آن به جای این که در
مرکز لرزانک (کانتیلیور) قرار گیرد، در یک طرف آن قرار گرفته است.
 

در میکروسکوپ نیروی اتمی یک لرزانک مرتعش به‌وسیله یک نوک تیز، سطح از
نمونه را روبش می‌کند. نوک مذکور هنگام تماس با سطح و حرکت روی آن نیروی
متغییری را احساس می‌کند. این نیرو یک ارتعاش اضافی در لرزانک ایجاد می‎کند
که به خواص مکانیکی نمونه مربوط می‌شود.
در مطالعاتی که برای اندازه‌گیری خواص مکانیکی نمونه‌ها انجام می‌شود، از
نیروهایی به بزرگی یک میکرونیوتن استفاده می‌شود که می‌تواند به نمونه و
نوک تیز صدمه وارد کند. این روش‌ها بسیار کند هستند؛ به طوری که تهیه یک
نقشه با تفکیک بالا از خواص مکانیکی یک نمونه منفرد، بیش از یک روز طول می‌کشد.

اخیراً ساهین و همکارانش از دانشگاه هارواردبر این چالش غلبه کرده‌اند. این
محققان یک پروب حساس را برای AFM ساخته‌اند که با استفاده از نیروهایی حدود
ده نانونیوتن می‎تواند جزئیات دقیقی از خواص مکانیکی تهیه کند. مهم‌تر
اینکه این اندازه‌گیری‌ها هزار برابر سریع‌تر از AFMهای فعلی هستند. این
روش با حساسیت بالا و تفکیک نانومتری، نرم بودن، سفت بودن و یا چسبناک بودن
ماده را سریعاً تعیین می‎کند.
دلیل این بهبود بالا را می‌توان در قراردادن نوک AFM در گوشه لرزانک به جای
مرکز آن جستجو کرد. در برخورد نوک مذکور با سطح، نوک گشتاوری را دریافت می‌کند
که باعث ارتعاش پیچشی می‌شود و می‌تواند به‌راحتی اندازه‌گیری گردد.
در AFMهای فعلی، نوک فقط به نیروهای میانگین‌گیری‌شده زمانی پاسخ می‎دهد و
نمی‌تواند نحوه تغییرات این نیروها با زمان را تفکیک کند و به همین دلیل
اطلاعات مربوط به خواص مکانیکی ماده را از دست می‌دهد. ساهین گفت: «سیستم
جدید اجازه به‌کارگیری ارتعاشات کششی حساس‌تر و سریع‌تر لرزانک برای آشکار‌سازی
زمان تغییر نیروهای نوک – نمونه، را به ما می‌دهد»
وی توضیح داد: “نکته مهم این است که شما می‌توانید از AFM تجاری خود
استفاده کرده و فقط لرزانک آن را با لرزانک جدید ما تعویض کنید، و از
آنجایی که با این کار می‌توان نیروهای آنی را مشاهده کرد، استفاده از این
میکروسکوپ جدید حتی از AFM مرسوم نیز ساده‌ترخواهد بود”.
این محققان هم‌اکنون مشغول تولید نقشه‌های مکانیکی کمّی بر اساس داده‌های
اخذ شده هستند و امیدوارند بتوانند حسگرهایی برای آشکار‌سازی مولکول‌های
زیستی طراحی کنند و آزمایش‌های خود را نیز در محیط‌های آبی نیز تکرار کنند.

نتایج این تحقیق در مجله Nature Nanotechnology منتشر شده‌است.