CZ44796A3 - Method of chemically resolving representation by making use of raster power microscopy - Google Patents
Method of chemically resolving representation by making use of raster power microscopy Download PDFInfo
- Publication number
- CZ44796A3 CZ44796A3 CZ96447A CZ44796A CZ44796A3 CZ 44796 A3 CZ44796 A3 CZ 44796A3 CZ 96447 A CZ96447 A CZ 96447A CZ 44796 A CZ44796 A CZ 44796A CZ 44796 A3 CZ44796 A3 CZ 44796A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- tip
- imaging
- base
- acid
- functionality
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 44
- 238000000386 microscopy Methods 0.000 title claims description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 22
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims abstract description 18
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims abstract description 12
- 125000003396 thiol group Chemical group [H]S* 0.000 claims abstract description 7
- 238000010079 rubber tapping Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 26
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 claims description 6
- BWGNESOTFCXPMA-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen disulfide Chemical compound SS BWGNESOTFCXPMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000013543 active substance Substances 0.000 claims description 4
- 238000012216 screening Methods 0.000 claims description 4
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000009834 selective interaction Effects 0.000 claims description 3
- 239000002841 Lewis acid Substances 0.000 claims description 2
- 239000012472 biological sample Substances 0.000 claims description 2
- 150000007529 inorganic bases Chemical class 0.000 claims description 2
- 150000007517 lewis acids Chemical class 0.000 claims description 2
- 150000007530 organic bases Chemical class 0.000 claims description 2
- 230000004962 physiological condition Effects 0.000 claims description 2
- 238000004621 scanning probe microscopy Methods 0.000 claims description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims 1
- 229920000447 polyanionic polymer Polymers 0.000 claims 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 13
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 11
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 11
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 10
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 9
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 9
- 238000004630 atomic force microscopy Methods 0.000 description 7
- 239000012752 auxiliary agent Substances 0.000 description 6
- 239000002585 base Substances 0.000 description 6
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 4
- 239000004816 latex Substances 0.000 description 4
- 229920000126 latex Polymers 0.000 description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 4
- 229920002873 Polyethylenimine Polymers 0.000 description 3
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 3
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 3
- 239000004922 lacquer Substances 0.000 description 3
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 3
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 3
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 3
- 238000001712 DNA sequencing Methods 0.000 description 2
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen sulfide Chemical class S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N Styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1 PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- SXPLZNMUBFBFIA-UHFFFAOYSA-N butyl(trimethoxy)silane Chemical compound CCCC[Si](OC)(OC)OC SXPLZNMUBFBFIA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 229920000867 polyelectrolyte Polymers 0.000 description 2
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 2
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 2
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 2
- 241000894007 species Species 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- JESXATFQYMPTNL-UHFFFAOYSA-N 2-ethenylphenol Chemical group OC1=CC=CC=C1C=C JESXATFQYMPTNL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SJECZPVISLOESU-UHFFFAOYSA-N 3-trimethoxysilylpropan-1-amine Chemical compound CO[Si](OC)(OC)CCCN SJECZPVISLOESU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FUGYGGDSWSUORM-UHFFFAOYSA-N 4-hydroxystyrene Chemical class OC1=CC=C(C=C)C=C1 FUGYGGDSWSUORM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HFGGFDGMXQAHEF-UHFFFAOYSA-N COC(OC)(OC)CCN[SiH3] Chemical compound COC(OC)(OC)CCN[SiH3] HFGGFDGMXQAHEF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102000004856 Lectins Human genes 0.000 description 1
- 108090001090 Lectins Proteins 0.000 description 1
- 239000002879 Lewis base Substances 0.000 description 1
- 238000003559 RNA-seq method Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 230000009831 antigen interaction Effects 0.000 description 1
- 239000003963 antioxidant agent Substances 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 238000000701 chemical imaging Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013626 chemical specie Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 210000000349 chromosome Anatomy 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical group 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000013500 data storage Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 239000003995 emulsifying agent Substances 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 239000008394 flocculating agent Substances 0.000 description 1
- 230000003311 flocculating effect Effects 0.000 description 1
- 150000004676 glycans Chemical class 0.000 description 1
- 230000003699 hair surface Effects 0.000 description 1
- 239000000976 ink Substances 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 1
- 239000002523 lectin Substances 0.000 description 1
- 150000007527 lewis bases Chemical class 0.000 description 1
- 150000002632 lipids Chemical class 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 description 1
- 125000001570 methylene group Chemical group [H]C([H])([*:1])[*:2] 0.000 description 1
- 150000007522 mineralic acids Chemical class 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000002773 nucleotide Substances 0.000 description 1
- 125000003729 nucleotide group Chemical group 0.000 description 1
- 150000002482 oligosaccharides Polymers 0.000 description 1
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000000049 pigment Substances 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 231100000572 poisoning Toxicity 0.000 description 1
- 230000000607 poisoning effect Effects 0.000 description 1
- 239000013047 polymeric layer Substances 0.000 description 1
- 229920001282 polysaccharide Polymers 0.000 description 1
- 239000005017 polysaccharide Substances 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 125000002924 primary amino group Chemical group [H]N([H])* 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 239000011814 protection agent Substances 0.000 description 1
- 238000000734 protein sequencing Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000004574 scanning tunneling microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 1
- 238000001338 self-assembly Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 150000004756 silanes Chemical class 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000004513 sizing Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
- 239000012209 synthetic fiber Substances 0.000 description 1
- 229920002994 synthetic fiber Polymers 0.000 description 1
- -1 tert-butoxyacetyl groups Chemical group 0.000 description 1
- 125000005931 tert-butyloxycarbonyl group Chemical group [H]C([H])([H])C(OC(*)=O)(C([H])([H])[H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 239000004753 textile Substances 0.000 description 1
- 150000003566 thiocarboxylic acids Chemical class 0.000 description 1
- QERYCTSHXKAMIS-UHFFFAOYSA-N thiophene-2-carboxylic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC=CS1 QERYCTSHXKAMIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
- G01Q60/00—Particular types of SPM [Scanning Probe Microscopy] or microscopes; Essential components thereof
- G01Q60/24—AFM [Atomic Force Microscopy] or apparatus therefor, e.g. AFM probes
- G01Q60/38—Probes, their manufacture, or their related instrumentation, e.g. holders
- G01Q60/42—Functionalisation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/26—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
- H01J37/28—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes with scanning beams
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y15/00—Nanotechnology for interacting, sensing or actuating, e.g. quantum dots as markers in protein assays or molecular motors
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C13/00—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00
- G11C13/0002—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using resistive RAM [RRAM] elements
- G11C13/0009—RRAM elements whose operation depends upon chemical change
- G11C13/0014—RRAM elements whose operation depends upon chemical change comprising cells based on organic memory material
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C13/00—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00
- G11C13/0002—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using resistive RAM [RRAM] elements
- G11C13/0009—RRAM elements whose operation depends upon chemical change
- G11C13/0014—RRAM elements whose operation depends upon chemical change comprising cells based on organic memory material
- G11C13/0019—RRAM elements whose operation depends upon chemical change comprising cells based on organic memory material comprising bio-molecules
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
Description
Předložený vynález se týká způsobu chemicky rozlišujícího zobrazení pomocí rastrovací silové mikroskopie, při kterém se používají chemicky modifikované soncy.
Dosavadní stav techniky
Vynálezem rastrovací tunelové mikroskopie Binningem a Rohrerem (viz G.Binning, H.Rohrer, Ch.Gerber a E.Weibel;
Phys.Rev.Lett.49 (1982) se umožnilo získat topografii (relief) vodivých povrchů s atomárním rozlišením za normálních laboratorních podmínek. 0 čtyři roky později (viz. G.Binning, C.F.Quate a Ch.Gerber; Phys.Rev.Lett.56 (1986)930) byl nalezen způsob rastrovací silové mikroskopie, který s podobným výsledkem umožnil použít také nevodivé vzorky.
Při nejvíce používaném způsobu provedení rastrové silové mikroskopie (viz obr. 1) se vede špička z křemíku nebo nitridu křemíku na silovém raménku ve velmi malé vzdálenosti při konstantní odpudivé síle nad sondu. Potřeba vynaložené síly se přenáší nepřímo pres ohyb silovvého raménka, který se měří typem světelného ukazatele. Jestliže špička vstoupí na vyvýšení, je vzdálenost k povrchu sondy menší. Jelikož při tomto přiblížení stoupá van der Walsova odpudivá síla, zpětným působením sondy za pomoci piezopřevaděčem se opět získá původní odpudivá síla. Pídící signál piozopřevadéče slouží k rekonstrukci výškového profilu prohledávané sondy. Modulací silovvého raménka je možné např. také prohledávat měkké nebo lepivé vzorky. Dva možné způsoby se označují jako tappingnebo Non-Contact-Modus. Při tappingu je modulační frakvence blízko rezonanční frekvence silového raménka (typicky 300 až 500 kHz), amplituda činí asi 50 až 200 nm, povrchy sondy jsou dotýkány jen krátce. Typická data pro Non-Contact-Modus jsou: modulační frekvence ÍUO až 200 kHz, amplituda kolem 1 nm. Při tomto způsobu se vzorek nedotýká.
Nevýhodou rastrovací silové mikroskopie je ta skutečnost, že chemická specifikace povrchu, tj. chemický obraz povrchu, dosud nebylo možno získat. Náprava se provádí speciální modulační technikou, která umožňuje stanovit na povrchu tvrdé/měkké-kontrasty (elasticitní způsob) a kontrasty v takzvaném laterálním silovém způsobu) a kontrasty v poměrech tření - v takzvaném laterálním silovém způsobu, při které se měří ohýbání silového raménka (viz L.F.Chi, M.Anders,
H.Fuchs, R.R.Johnston a H.Ringsdorf; Science 259 (1993) 213).
Bylo také krátce referováno o poznatcích o párech 1 igand-receptor (viz E.F.Florin, V.T.Moy a H.E. Gaub; Science 264 (1994) 415).
V oblasti rastrovací silové mikroskopie zůstává nevyřešená úloha rozpoznávání chemicky rozdílných oblastí povrchů. Částečné řešení bylo zveřejněno C.D.Frisbiem,
L.F.Rozsnyaiem, A.Noyem, M.S.Wrightonem a L.M.Lieberem ve Science 265 (1994) 207. V exprimentu, který v uvedené práci popsali, se používá chemicky modifikovaná špička, která se vede nad chemicky strukturovaným modelovým povrchem. Při použití způsobu laterální síly se mohlo rozlišovat mezi oblastmi terminovanými methylovými a kyselinovými skupinami. Kontrastní mechanismus byl dedukován z hydrofobní interakce.
úlohou předloženého vynálezu je poskytnout způsob chemicky rozlišujícího zobrazení pomocí rastrovvací silové mikroskopie, při kterém se používají chemicky modifikované sondy, aniž by byl nutný laterální silový způsob.
Podstata vynálezu
Podstatou předloženého vynálezu je způsob chemicky rozlišujícího 2Cbi‘e£čňí puiíiOCÍ ióáífúVdCÍ aliOVc tli i k i‘u akop i e za použití chemicky modifikovaných sond, vyznačující se tím, že se zobrazení provede v normálním silovém-, eiasticitním-, tapping- nebo non-contact způsobu.
Tento způsob je vhodný také pro zobrazení technických povrchů (technical surfaces) jako např. ke zobrazení drsných nebo lepivých povrchů jakož i substancí s lepivými vlastnostmi, ke shromažďování a výběrům informaci jakož i zobrazení biologických vzorků, např. k sekvencování proteinů a k sekvencování DNA- a RNA-molekul ( nukleotidů).
Výhodné formy provedení způsobu podle vynálezu spočívají v tom, že se jako chemicky modifikovaná sonda použitá špička rastrovacího silového mikroskopu bud přímo nebo po nanesení vrstvy kovu nebo oxidu, povrství jednou nebo více substancemi které vykazují selektivní interakční účinky k prohledávanému povrchu, přičemž se jako špičku modifikující substance může použít thiol s přídavnými kyselými nebo bázickými funkcemi, thiol s přídavnou nukleobázovou funkčností, disulfid s přídavnou kyselou nebo bázickou funkčností, disulfid s přídavnou nukleobázovou funkčností, silan s přídavnou kyselou nebo bázickou funkčností nebo silan s přídavnou nukleobázovou funkčností.
Další výhodnou formou provedení způsobu podle vynálezu h
je, že se špička rastrovacího silového mikroskopu povrství po 1ykati ontem, po 1yaniontem, organickou nebo anorganickou kyselinou, organickou nebo anorganickou bází, Lewisovou kyselinou popř. Lewisovou bází, přičemž kyselina, popř. báze mohou být také ve formě polymeru.
Překvapivé bylo nyní nalezeno, způsobem -tj. registrací topografie že také popsaným normálním * 7Ρ.Λ * « 4 V --T > - ~ r j C a· 'U -j i i v jf* ύ) Λ Jř lnout řešením podle vynálezu chemický obraz za pomoci rastrovací silové mikroskopie. Výhodné u způsobu s normální silou je, že není nutné žádné další přídavné vybavení (prakticky všechny přístroje jsou proto vybaveny) a že obvykle se při tomto způsobu provedení dosáhne nejvyššího laterálního rozlišení.
Pro řešení úlohy chemického zobrazení podle vynálezu přichází také v úvahu potřeba elasticitního-, tapping- nebo noekontaktního způsobu s modifikovanou špičkou.
Předložený vynález bude vysvětlen v následujících příkladech provedení.
Příklady provedení
Je možno postupovat následovně: Špička z nitridu křemíku se v páře pozlatí a podle tzv. Self-Assembly-způsobu (= adsorpce z kapalné fáze; srov. H.Keller, W.Schrepp a H.Fuchs; Thin Solid Films 210/211 (1992) 799) se povrství kyselinou thio 1karboxy1ovou (srov.obr.2). Takto modifikovaná špička se použije jako specifická vzorek. Modelový vzorek se vyrobí například následovně: Maska se povrství buty1-trimethoxysi 1anem. Nalisováním na křemíkovou podložku se vyrobí oblast vzoru šachovnice, která obsahuje methylenskupiny. Oplachováním se odstraní přebytečné molekulové úsady, takže zůstane na povrchu monovrstva silanu. Kovalentní fixace na substrát se provede temperováním. Ponořením takto částečně povrstvené podložky do zředěného roztoku aminopropyltrimethoxysilanu se adsorpcí dosud nepovrstcvné oblasti povrství tak, Že zde vznikne aminoterminovaný povrch; tj. pro prohledávanou sondu je zde šachovnicový vzor amino- a methyl terminovaných silanových monovrstev se zanedbatelnou výškovou diferenciací a proto se žádnými topografickými rozdíly (viz př. 3).
Jestliže se takto vyrobený vzorek zkoumá pomocí normální, nemodifikované špičky ve způsobu s normální silou, získá se v topografickém obrazu vzorku hladný povrch (viz obr.4); vzorek neobsahuje žádné výškové rozdíly, nemá rozeznatelnou strukturu.
Při použití modifikované špičky je zřetelná struktura vzorku i při způsobu rastrovací silové mikroskopie s normální silou (viz obr. 5).
Dále bylo překvapivě nalezeno, že způsob podle vynálezu je také vhodný pro zkoumání hrubých, technických vzorků. Jako příklad je na obr, 6 uveden vlasový povrch, který byl ošetřen takzvaným kondicionerovým produktem a potom opláchnut. Zůstává na něm mimo jiné tenká polymerová vrstva na vlasu, která působí, že vlasy jsou rozčesávate1 né i ve vlhkém stavu. Při zkoušení s nemodifikovanou špičkou není polymernový potah prakticky prokazatelný, na rozdíl od použití modifikovaných špiček.
Podobným způsobem jako vlasy je možno přirozeně také zkoumat jiná přírodní nebo syntetická vlákna pokud jde o složení povrchu, povrstvení poocnými látkami, předúprava jako h
např. šlichtování v textilní oblasti.
Charakterizace stavu adsorpce polymerního pomocného činidla na technických a anorganických površích má velký průmyslový význam. V této oblasti, je např. velmi zajímavý průkaz velmi tenkých polymerních vrtev u sedimentačních, vločkovacích a pomocných činidel při výrobě papíru ve smyslu chemického rozlišení. -Příklad z této oblasti je uveden na obr. 7. Jedná se zde o modelový systém pro povrstvení polystyrénových latexových kuliček polyelektrolytem, v tomto případě polyethyleniminem. Je dobře rozeznatelný skvrnitý povlak styrenových kuliček.
Způsob podle vynálezu pro rozlišování různých chemických druhů je také použitelný v oblasti uchovávání dat. Jestliže se v předchozím fyzikálním nebo chemickém kroku předpokládá, že došlo k chemické nehomogenitě v povrchu vzorku, může tato být pomocí výše popsaného způsobu prokázána. Zápis informace, tj. v tomto případě chemické změny povrchu může provést např. světelnými, elektronovými nebo iontovými paprsky. Také pomocí samotného rastrovacího sondového způsobu je možný zápis informace, např. vložením napěťových pulzú nebo katalytickými reakcemi.
Tako informace, které pomocí světla byly vepsány do polymerní matrice, např. za použití sulfoniových solí, mohou být načteny způsobem podle vynálezu.
Mnoho problémů s průkazem rozdílných druhů na povrchu je řešitelných pomocí způsobu podle vynálezu, protože se zde jedná o velmi citlivý (i v oblasti submonovrstvy) a vysoce citlivý způsob (až do atomárního měřítka) pro průkaz molekul na površích a pro struktury povrchu. Patří sem obecně povrchy umělých hmot, které např. jsou opatřovány lepivými substancemi pro lepší přilnutí, a pak je jejich rozdělení na povrchu cílem zájmu. Také kluzné činidlo nebo antioxidanty jsou v této souvislosti zajímavé. U polymerů je zajímavé např. rozdělení hlavních složek, tj. morfologie, ale také rozdělení pomocných činidel jako např. činidel zprostředkujících kompatibilitu, startérů atd.
Tyto otázky hrají také velkou roli v polymerních disperzích, kde jde například o výstavbu disperzních částic, o rozdělení různých složek v povrchu a v průřezu (při zkoumání průřezu) nebo opět o rozdělení pomocných činidel jako jsou např. emulgátory.
U pěn je možno mezi jiným zkoumat na vyústění pěny nebo lamelách rozdělení pomocných činidel.
V oblasti katalyzátorů je možno mezi jiným zkoumat rozdělení různých složek katalyzátoru na povrchu. Mezi jiným jsou prokazatelné fenomény otravy.
Povrstvení pigmentových povrchů pomocnými látkami např. pro dosažení ovlivnění krystalového habitu je velmi zajímavé a může být prováděno vhodně modifikovanou špičkou při vysoké místní citlivosti, která zasahuje až do molekulární škály. Stejným způsobem je také možno zkoumat lakové povrchy za účelem prokázání rozložení pomocných činidel, mikrostruktury lakových povrchů, zkoumání vadných míst (např. kráterů), příčiny zvětrání atd. Také rozdělení pomocných činidel, surovin laku atd. na kůži může být zkoušeno. Totéž platí o oblasti tlakových systémů, kde např. může být zkoumáno rozdělení oleofilní oblasti na povrchu tlakových desek. Rovněž je možno zkoumat rozdělení tlakových barev na površích jako je papír. Jsou možné výzkumy fenoménu koroze na organických a anorganických površích, protože koroze vede ke změněnému složení povrchů, které je možno zkoumat pomocí snímání modifikovanou špičkou.
Další možnosti použití jsou možné v biologické a farmaceutické oblasti, kde je možno pomýšlet na nalezení receptorových míst na.biologických strukturách pomocí účinnoi látkou značených špiček. Ve smyslu předloženého vynálezu je také možné pomocí specifické interakce rozpoznat biologicky relevantní oblast a v biologických strukturách např. buňky a chromozomy. K detegovatelné interakci se počítají např. interakce gen/antigen nebo obecně interakce mezi proteiny a nízkomolekulárními účinnými látkami, oligonebo polysacharidy, lipidy, DNA, RNA jakož i samotnými proteiny. Také chování interakce lektinů může být zejména v rostlinné oblasti důležití pro důkazní a zobrazovací účely.
Obecně je způsob podle vynálezu použitelný vzhledem k detekci interakcí pro screening nebo pro hmotový screening v oblasti účinné látky. K tomu je nezbytná imobilizace vhodných receptorových struktur nebo obecných cílů, které jsou přejížděny účinnou látkou značenou špičkou. Tímto způsobem se získá obraz interakce. Tako je možný opačný případ, kdy jsou receptory naneseny na špičku a např. jsou imobi1 izovány účinné látky. V oblasti ochrany rostlin by také mohl být proveden průkaz činidel pro ochranu rostlin z listů jako i z rostlin nebo částí rostlin.
Pomocí odpovídajících bází je také představitelné např. provádění sekvencování řetězců DNA nebo RNA.
Popřípadě je také možné zobrazení v rozpouštědlech, ve vodě nebo za fyziologických podmínek.
Povrstvení špičky nemusí nezbytně být provedeno popsaným způsobem. Cílemje toliko definované nanesení jednoho nebo více druhů. Je například možno povrstvovat špičku z nitridu křemíku, oxidu křemičitého nebo křemíku, tj. bez kovové mezivrstvy. K tomu by byl např. vhodné silany. Je také myslitelné povrstvovat špičku vakuovým způsobem (jednoduché odpařování jakož i Chemical nebo Physical Vapour Deposition (CVD nebo PVD) atd. Také povrstvování pomocí
Langmiur-Blodgett- způsobu by bylo možné. Přitom mohou být vytvořeny zejména směsné vrstvy z více druhů. Také je možná fixace jiných zkušebních tělísek jako jsou např. latexové kuličky. Vrstvy s lepivé oblasti by mohly být fixovány a tak zkoumány vlastnosti v této oblasti použití.
Tloušťka povrstvení může zasahovat až do oblasti monovrstvy. Pro výrobu modifikovaných špiček platí také široká^ paleta možností.
Pro hydrofobní interakce jmenované ve Science 265 (1994) 207 jsou prakticky vhodné všechny představitelné interakční síly, které poskytují chemické, místně rozlišitelné robrazení. Jak ukazuje na obr. 5 uvedený příklad, může být využita interakce kyše 1ina/báze. Stejným způsobem mohou být využity elektrostatické, kovalentní, disperzní atd. interakční síly při vhodné modifikaci špičky jakož i interakce, které např. způsobují přechod náboje. Také zobrazení vazeb vodíkových můstků jakož i interakcí donor/akceptor je možné vbyužít ve smyslu tohoto vynálezu pro zobrazovací účely.
Jako příklad pro použití způsobu podle vynálezu pro uložení a načtení informací je uveden zápis informace světlem.
Proto může např. být směs matrixového polymeru na bázi kysele labilními skupinami modifikovaného poly-p-hydroxystyrenu (např. s terč.butoxykarbonylovými skupinami nebo terc.butoxyacetylovými skupinami modifikované viny1feno1ové jednotky) a sulfoniové soli osvětlena UV-zářením pro tvorbu obrazu. Podle uvedených reakčních schémat (a) a popř. (b) vznikají na osvětlených místech kyselé skupiny, které pak způsobem podle vynálezu mohou být přečteny.
I 1
Popis obrázků na připojených výkresech
Obr. 1: Schéma principu rastrovací silové mikroskopie
Topografii sloužící vychýlení silového ramena se měří přes světelný ukazatel.
= detektor, 2 = zdroj světla, 3 = piezopřepínač, 4 = špička a silové rameno, 5 = zkoumaný vzorek.
Obr.2: Špička povrstvená adsorpcí z kapalné fáze
Na základě afinity thiolskupiny ke zlatu se na vnější straně nacházejí kyselé skupiny, tj. je získána kyselá špička, která je vhodná pro průkaz bázických skupin nebo vazeb vodíkových můstků.
a 5 mají stejný význam jako na obr. 1. Dále 6 = odpařená vrstva zlata, 7 = kyselina thiolkarboxylová jako selektivní vrstva, 8 = znázornění selektivní interakce.
Obr. 3: Šachovnicový modelový povrch s oblastmi, které obsahují amino- a methylskupiny má stejný význam jako na obr. 1. Dále znamená 9 = hydrofilní vrstva (v tomto případě trimethoxypropy1aminos i lan), 10 = hydrofobní vrstva (trimethoxybutylsilan), 11 = křemíková maska.
Obr.4: Zobrazení vzorku v normálním způsobu rastrovací silové mikroskopie s nemodifikovanou špičkou
Protože vzorek nevykazuje prakticky žádné výškové t 2 rozdíly, ale jen rozdíly v chemickém složení, nezíská se v čistém topografickém obrazu žádný kontrast. Povrch se jeví až na několik chybných míst jako hladký, chemické rozdíly nemohou být zobrazeny.
Obr.5: Zobrazení vzorku s povrstvenou špičkou tomto případě je možné ve způsobu s normální silou ne základě specifické interakce zobrazení různých oblastí vzorku.Kontrast se získá na základě chemického složení vzorku, takže je možné zobrazení chemické struktury povrchu.
Obr. 6: Zobrazení povrchu vlasu, který je potažen velmi tenkou vrstvou polymerů.
Uložení polymeru je rozeznatelné ve středu obrazu. Bez povrstvené špičky není možno polymery přímo prokázat.
Obr.7: Pokrytí latexových kuliček s polystyrenu polyelektrolytem, kterým je polyethylenimin
Povrstvená špička umožňuje průkaz uložení polymeru.
Po 1yethy1eniminové polymery jsou na povrchu latexové kuličky viditelné jako vyvýšeniny.
Claims (10)
1. Způsob chemicky rozlišujícího zobrazení pomocí rastrovací i ' f· 3 silové mikroskopie za použití chemicky modifikovaných sond-r·---'-Uč.
vyznačuj í c í s e t í m, že se zobrazení provede způsobem s normální silou, elastickým, tapping- nebo nekontaktním způsobem.
2. Způsob podle nároku 1,vyznačující se t í m,že se jako chemicky modifikovaná sonda používaná špička rastrovacího silového mikroskopu bud přímo nebo po nanesení vrstvy kovu nebo oxidu kovu povrství jednou nebo více substancemi, které vykazují selektivní interakce ke zkoumanému povrchu.
3. Způsob podle nároku 2, vyznačující se t í m, že se jako špičku modifikující substance použije thiol s přídavnými kyselými nebo bázickými funkčnostmi, thiol s přídavnou funkčností nukleové báze, disulfid s přídavnou kyselou nebo bázickou funkčností nebo disulfid s přídavnou funkčností nukleové báze.
4. Způsob podle nároku 2, vyznačující se t í m, že se jako špičku modifikující substance použije silan s přídavnou kyselou nebo bázickou funkčností nebo silan s přídavkou funkčností nukleové báze.
5. Způsob podle nároku 2,vyznačující se t í m, že se špička rastrovacího silového mikroskopu povrství polykationtem, polyaniontem, organickou nebo anorganickou bází nebo Lewisovoukyse1 inou, přičemž kyselina nebo báze může také být v polymerní formě.
6. Způsob podle některého z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že se zobrazení provádí v organickém rozpouštědle, ve vodě nebo za fyziologických podmínek.
7. Použití způsobu podle některého z předchozích nároků pro zobrazení technického povrchu.
8. Použití způsobu podle některého z nároků 1 až 6 pro zobrazení substancí s lepivými vlastnostmi.
9. Použití způsobu podle některého nároků 1 až 6 pro zobrazení biologických vzorků.
10. Použití způsobu podle některého z nároků 1 Až 6 pro účel screeningu nebo hmotového screeningu v oblasti účinné látky.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19504855A DE19504855A1 (de) | 1995-02-15 | 1995-02-15 | Verfahren zur chemisch differenzierenden Abbildung mittels Rasterkraftmikroskopie |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ44796A3 true CZ44796A3 (en) | 1996-09-11 |
Family
ID=7753904
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ96447A CZ44796A3 (en) | 1995-02-15 | 1996-02-15 | Method of chemically resolving representation by making use of raster power microscopy |
Country Status (10)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0727639B1 (cs) |
| JP (1) | JPH095338A (cs) |
| KR (1) | KR960032573A (cs) |
| CN (1) | CN1083105C (cs) |
| CA (1) | CA2169522A1 (cs) |
| CZ (1) | CZ44796A3 (cs) |
| DE (2) | DE19504855A1 (cs) |
| ES (1) | ES2148603T3 (cs) |
| HU (1) | HUP9600335A3 (cs) |
| PL (1) | PL312807A1 (cs) |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19631326A1 (de) * | 1996-08-02 | 1998-02-05 | Basf Ag | Verfahren zum Wirkstoff-Screening unter Einsatz der Rasterkraft-Mikroskopie |
| US6635311B1 (en) * | 1999-01-07 | 2003-10-21 | Northwestern University | Methods utilizing scanning probe microscope tips and products therefor or products thereby |
| CN1187596C (zh) | 2000-09-21 | 2005-02-02 | 松下电器产业株式会社 | 扫描探针显微镜,及其探针和制造方法,及使用其的分子加工法 |
| CN1322323C (zh) * | 2005-04-22 | 2007-06-20 | 清华大学 | 一种多模式原子力探针扫描系统 |
| JP2007147365A (ja) * | 2005-11-25 | 2007-06-14 | Sumitomo Bakelite Co Ltd | 成形品表面の官能基分析方法 |
| EP2115423B1 (de) | 2007-01-05 | 2013-11-06 | Technische Universität München | Vorrichtung und verfahren für die erfassung von kräften im submicronewton-bereich |
| WO2009001220A2 (en) * | 2007-06-26 | 2008-12-31 | Universitetet I Oslo | Functionalization of microscopy probe tips |
| JP4910949B2 (ja) * | 2007-08-29 | 2012-04-04 | 株式会社島津製作所 | 液中試料の分析方法 |
| EP2208044B1 (de) * | 2007-11-15 | 2018-11-14 | Forschungszentrum Jülich GmbH | Verfahren zur untersuchung einer probe durch rastertunnelmikroskopie mit anwendung eines kontrastmittels |
| JP5907484B2 (ja) * | 2010-07-08 | 2016-04-26 | 国立大学法人北陸先端科学技術大学院大学 | 高速走査型プローブ顕微鏡を用いる合成高分子の観測方法 |
| CN102043070B (zh) * | 2010-10-22 | 2013-04-17 | 中国科学技术大学 | 反馈稳幅的调幅测力梯度仪及其扫描力显微镜和测频仪 |
| CN104713670B (zh) * | 2013-12-11 | 2017-02-22 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 探针型压力传感器及其制作方法 |
| CN117491685A (zh) * | 2022-07-25 | 2024-02-02 | 长春理工大学 | 一种用于染色体多维信息检测的系统及方法 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2235049A (en) * | 1989-06-20 | 1991-02-20 | Rosser Roy J | Chemical bond microscopy |
| US5289004A (en) * | 1990-03-27 | 1994-02-22 | Olympus Optical Co., Ltd. | Scanning probe microscope having cantilever and detecting sample characteristics by means of reflected sample examination light |
| US5144833A (en) * | 1990-09-27 | 1992-09-08 | International Business Machines Corporation | Atomic force microscopy |
| US5363697A (en) * | 1991-04-30 | 1994-11-15 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Scanning probe microscope, molecular processing method using the scanning probe microscope and DNA base arrangement detecting method |
| JPH0518742A (ja) * | 1991-07-10 | 1993-01-26 | Olympus Optical Co Ltd | 原子プローブ顕微鏡 |
| DE4126380A1 (de) * | 1991-08-09 | 1993-02-11 | Basf Ag | Verfahren zur durchfuehrung ortsselektiver katalytischer reaktionen mit oder auf festkoerperoberflaechen im nanometer- und subnanometer-bereich |
| JP2992141B2 (ja) * | 1991-09-26 | 1999-12-20 | 松下電器産業株式会社 | 走査型トンネル電子顕微鏡用原子間力顕微鏡の探針及び３−チエニル基含有珪素化合物 |
| KR950012094A (ko) * | 1993-10-04 | 1995-05-16 | 가나이 쯔또무 | 미소부 물성정보 측정장치 |
-
1995
- 1995-02-15 DE DE19504855A patent/DE19504855A1/de not_active Withdrawn
-
1996
- 1996-02-06 EP EP96101636A patent/EP0727639B1/de not_active Expired - Lifetime
- 1996-02-06 DE DE59605528T patent/DE59605528D1/de not_active Expired - Fee Related
- 1996-02-06 ES ES96101636T patent/ES2148603T3/es not_active Expired - Lifetime
- 1996-02-09 JP JP8023758A patent/JPH095338A/ja active Pending
- 1996-02-14 PL PL96312807A patent/PL312807A1/xx unknown
- 1996-02-14 HU HU9600335A patent/HUP9600335A3/hu unknown
- 1996-02-14 CA CA002169522A patent/CA2169522A1/en not_active Abandoned
- 1996-02-15 CZ CZ96447A patent/CZ44796A3/cs unknown
- 1996-02-15 KR KR1019960003671A patent/KR960032573A/ko not_active Ceased
- 1996-02-15 CN CN96107366A patent/CN1083105C/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0727639A1 (de) | 1996-08-21 |
| EP0727639B1 (de) | 2000-07-05 |
| HUP9600335A3 (en) | 2000-03-28 |
| HUP9600335A2 (en) | 1997-05-28 |
| DE59605528D1 (de) | 2000-08-10 |
| ES2148603T3 (es) | 2000-10-16 |
| CN1083105C (zh) | 2002-04-17 |
| KR960032573A (ko) | 1996-09-17 |
| HU9600335D0 (en) | 1996-04-29 |
| CN1211811A (zh) | 1999-03-24 |
| PL312807A1 (en) | 1996-08-19 |
| JPH095338A (ja) | 1997-01-10 |
| CA2169522A1 (en) | 1996-08-16 |
| DE19504855A1 (de) | 1996-08-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Fritz et al. | Probing single biomolecules with atomic force microscopy | |
| Raiteri et al. | Micromechanical cantilever-based biosensors | |
| Lee et al. | Protein nanoarray on Prolinker™ surface constructed by atomic force microscopy dip‐pen nanolithography for analysis of protein interaction | |
| de Odrowaz Piramowicz et al. | Dynamic force measurements of avidin-biotin and streptavdin-biotin interactions using AFM. | |
| US20030013111A1 (en) | Method and apparatus for solid state molecular analysis | |
| KR100642836B1 (ko) | 원자력 검경으로 분자간 상호작용을 측정하기 위한 장치및 방법 | |
| Raiteri et al. | Micromechanics senses biomolecules | |
| CZ44796A3 (en) | Method of chemically resolving representation by making use of raster power microscopy | |
| Yang et al. | Unfolding of a single polymer chain from the single crystal by air-phase single-molecule force spectroscopy: toward better force precision and more accurate description of molecular behaviors | |
| US20060089825A1 (en) | Scanning kelvin microprobe system and process for biomolecule microassay | |
| Casero et al. | AFM, SECM and QCM as useful analytical tools in the characterization of enzyme-based bioanalytical platforms | |
| Allen et al. | Atomic force microscopy in analytical biotechnology | |
| US20010044106A1 (en) | Method and apparatus for solid state molecular analysis | |
| JP3748893B2 (ja) | 活性化合物をスクリーニングする方法 | |
| He et al. | Force titration of a carboxylic acid terminated self-assembled monolayer using chemical force microscopy | |
| Yang et al. | The Emergence of AFM Applications to Cell Biology: How new technologies are facilitating investigation of human cells in health and disease at the nanoscale | |
| Myhra | A review of enabling technologies based on scanning probe microscopy relevant to bioanalysis | |
| Yu et al. | Fabrication of positively and negatively charged polyelectrolyte structures by dip-pen nanolithography | |
| Kim et al. | AFM phase lag mapping for protein–DNA oligonucleotide complexes | |
| US20030073250A1 (en) | Method and apparatus for solid state molecular analysis | |
| US20100154086A1 (en) | Novel enhanced processes for molecular screening and characterization | |
| US7775088B2 (en) | Atomic force microscope tip arrays and methods of manufacturing same | |
| Bhushan et al. | Applied Scanning Probe Methods IV: Industrial Applications | |
| JPH1082793A (ja) | 活性化合物をスクリーニングするための方法および装置、ならびに該装置に使用するための多重試料ホルダー | |
| Myhra | Morphology, properties, and dynamics of live cell in-vitro biomolecular interactions at surfaces and interfaces: analysis by scanning probe microscopy |