השוואה של שלושה מצבי פעולה של מיקרוסקופ AFM עקרון העבודה
מצב קשר
במצב מגע, החוד נמצא תמיד במגע קל עם הדגימה, סורק בגובה קבוע או במצב כוח קבוע. במהלך הסריקה, הקצה מחליק על פני הדגימה. בדרך כלל, מצב מגע מייצר תמונות יציבות ברזולוציה גבוהה.
במצב מגע, אם הדגימה הרכה נסרקת, משטח הדגימה עלול להינזק עקב מגע ישיר עם קצה המחט. אם הכוח בין המדגם לקצה נחלש במהלך הסריקה כדי להגן על המדגם, התמונה עשויה להתעוות או להתקבל חפצים. יחד עם זאת, פעולת הנימיות של פני השטח תפחית גם את הרזולוציה. לכן, מצב המגע בדרך כלל אינו מתאים לחקר מקרומולקולות ביולוגיות, דגימות עם מודול אלסטי נמוך ודגימות שקל להזיז ולעוות.
מצב ללא מגע
במצב ללא מגע, הקצה רוטט מעל פני הדגימה, לעולם לא במגע עם הדגימה, מוניטור הבדיקה מזהה כוחות לא הרסניים לטווח ארוך כגון ואן דר וואלס וכוחות אלקטרוסטטיים על הדגימה המצולמת. למרות שמצב זה מגביר את רגישות המיקרוסקופ, כאשר המרחק בין קצה המחט לדגימה ארוך, הרזולוציה נמוכה מזו של מצב המגע ומצב הברז, וההדמיה אינה יציבה והתפעול קשה יחסית. להדמיה בנוזל יש מעט יישומים יחסית בביולוגיה.
מצב הקשה
במצב הקשה, ה-Cantilever נאלץ לרטוט ליד תדר התהודה שלו, והקצה המתנודד נוגע בעדינות על פני הדגימה, יוצר מגע לסירוגין עם הדגימה, כך שהוא נקרא גם מצב מגע לסירוגין. בשל מצב ההקשה, ניתן להימנע מהדבקת הקצה לדגימה, וכמעט שאין פגיעה בדגימה במהלך הסריקה. כאשר קצה מצב ההקשה נוגע במשטח, הוא יכול להתגבר על כוח ההדבקה בין הקצה לדגימה על ידי מתן משרעת מספקת של הקצה. יחד עם זאת, מכיוון שהכוח הפועל הוא אנכי, חומר פני השטח מושפע פחות מכוחות חיכוך, דחיסה וגזירה לרוחב. יתרון נוסף של מצב הקשה בהשוואה למצב ללא מגע הוא טווח העבודה הגדול והליניארי, שהופך את מערכת המשוב האנכי ליציבה ביותר וניתנת לשחזור למדידות מדגמיות.
ה
מצב הקשה AFM ניתן להשגה הן בסביבות אטמוספריות והן בסביבות נוזליות. בסביבה האטמוספרית, כאשר קצה המחט אינו במגע עם המדגם, המיקרו-קנטיליבר מתנודד בחופשיות עם המשרעת המקסימלית; כאשר קצה המחט נמצא במגע עם משטח הדגימה, למרות שהיריעה הקרמית הפיזואלקטרית מעוררת את המיקרו-קנטיליבר להתנדנד באותה אנרגיה, המכשול הסטרי הופך את ה-micantilever. להיות קבוע, וקצה המחט עוקב אחר העליות והמורדות של משטח המדגם כדי לנוע למעלה ולמטה כדי לקבל את מידע הצורה. מצב הקשה מתאים גם לפעולה בנוזל, ובשל השפעת השיכוך של הנוזל, כוח הגזירה בין קצה המחט לדגימה קטן יותר, והנזק לדגימה קטן יותר, כך שהדמיית מצב הקשה ב- נוזל יכול להתבצע על דגימות ביולוגיות פעילות בדיקות באתר, מעקב באתר אחר תגובות התמיסה וכו'.
מצב כוח לרוחב
מיקרוסקופיה כוח לרוחב (LFM) פועלת בדומה ל-AFM במצב מגע. כאשר המיקרו שלוחה סורקת מעל הדגימה, עקב האינטראקציה בין הקצה למשטח הדגימה, ה-Cantilever מתנדנד, ויש בערך שני כיווני דפורמציה: אנכי ואופקי. באופן כללי, השינוי בכיוון האנכי שזוהה על ידי גלאי מיקום הלייזר משקף את צורת משטח המדגם, והשינוי באות שזוהה בכיוון האופקי, עקב תכונות החומר השונות של משטח החומר, מקדם החיכוך הוא גם שונים. שונה, ולכן בתהליך הסריקה, גם דרגות העיוות השמאלי והימני של המיקרו-קנטיליבר שונות. מידת הכיפוף הפיתול של הזרוע עולה או יורדת ככל שתכונות החיכוך של פני השטח משתנות (הגדלת החיכוך גורמת לפיתול גדול יותר). גלאי לייזר מודד ומתעד טופוגרפיה ונתוני כוח רוחבי בנפרד בזמן אמת. בדרך כלל, לא רק המרכיבים השונים של משטח הדגימה יכולים להוביל לעיוות של המיקרו-שוחה, אלא גם השינוי במורפולוגיה של פני השטח של הדגימה יכול גם לגרום לעיוות של המיקרו-שוחה, כפי שמוצג באיור למטה . על מנת להבחין בין השניים, בדרך כלל יש לרכוש תמונות LFM ותמונות AFM בו-זמנית. בהתאם לגורם לעיוות של שלוחה, בדרך כלל ניתן להשתמש ב-LFM כדי להשיג תמונות קומפוזיציה ו"תמונות משופרות קצה" של משטח החומר.
