Силовая спектроскопия

Метод силовой спектроскопии (анг. Force–distance curve) позволяет определять силы, действующие на зонд со стороны образца, например, адгезию и упругость. Измерение сил производится путем накопления силовых кривых, которые представляют собой зависимости отклонений кантилевера, dc, от положения образца вдоль z-оси (т.е. по направлению к или от зонда; z – положение пьезосканера) — иными словами, зависимость величины изгиба кантилевера от степени выдвижения z-пьезотрубки сканера, т.е. зависимость DFL(Z).

Силовые законы описывают силы как функции расстояний зонд-образец (D), однако АСМ не обладают возможностью независимого определения D. Вместо этого преобразование к зависимости от D достигается путем вычитания отклонения кантилевера из z-перемещения пьезосканера.

Для очень твердых образцов нулевое расстояние зонд-образец определяется как область на силовой кривой, где отклонение кантилевера в соотношении 1:1 связано с перемещением образца; на силовой кривой она проявляется как прямая линия с единичным наклоном. Скорректированная кривая называется «Кривая Сила-Расстояние» (Force–distance curve). Отметим, что определение D в этом приближении требует, чтобы зонд находился в контакте с образцом. На практике существуют два фактора (дальнодействующие силы и упругость образца) которые могут сделать определение точки контакта весьма затруднительным. Полная силовая кривая включает силы, измеренные при приближении зонда к образцу и его отводе от образца. Поскольку силы, действующие на зонд, отличаются при его движении по направлению к образцу и от образца, силовые кривые разделены на кривые подвода и отвода и рассматриваются отдельно.

Метод силовой спектроскопии получил распространение при исследовании процесса молекулярного распознавания. Для этого используют зонд, функционализированный необходимой молекулой. При обычном измерении взаимодействия рецептора с лигандом с помощью АСМ рецептор прикрепляется к поверхности образца, а лиганд — к кончику зонда. Когда кончик зонда с лигандом контактирует с образцом, содержащим рецептор, между ними происходит связывание. Затем зонд отводится от поверхности, прилегая к рецептору, вытягивая лиганд из места связывания. Регистрируется сигнал отклонения кантилевера, который может рассчитывать силу за счет специфического взаимодействия рецептор-лиганд. Обычно максимальная сила адгезии (отрыва) от кривой Сила-Расстояние известна как сила связывания рецептора с лигандом.

При проведении силовой спектроскопии следует использовать контактные зондовые датчики. Однако использование слишком мягкого кантилевера при высокой влажности может привести к «залипанию».