AFM (Atomic Force Microscopy, 원자력 현미경)
AFM은 나노스케일에서 표면의 형태와 물성(Topology·마찰·정전 상호 작용·도전률·자력 등의 재질 특성을 Image화)을 측정하는 주사탐침현미경(SPM) 기술
기본 구조
주요 구성요소:
- 캔틸레버(Cantilever): 끝이 뾰족한 미세한 탐침이 달린 작은 팔
- 탐침(Tip): 캔틸레버 끝의 날카로운 침, 곡률반경은 수~수십 나노미터
- 레이저 검출 시스템: 캔틸레버의 미세한 움직임을 감지.
- Laser를 캔틸래버 위에 조사하고 레이저의 반사광을 photodiode(detector)로 측정
- 압전 스캐너: 시료를 나노미터 정밀도로 3차원 이동
- 피드백 시스템: 탐침-시료 간 거리를 일정하게 유지
작동 원리
1. 힘 감지 탐침이 시료 표면에 접근하면 원자 간 상호작용력(반데르발스력, 정전기력 등)이 작용합니다. 이 힘에 의해 캔틸레버가 휘어지며, 레이저 빔이 캔틸레버 뒷면에서 반사되어 포토다이오드에 도달합니다. 캔틸레버의 굽힘 정도를 통해 힘의 크기를 측정합니다.
2. 표면 스캔 압전 스캐너가 시료를 x-y 방향으로 이동시키면서, 피드백 시스템이 탐침-시료 간 힘(또는 거리)을 일정하게 유지합니다. 이때 z 방향의 움직임을 기록하여 표면 형상을 매핑합니다.
응용
- 생물학적 시료 (DNA, 단백질, 세포) 관찰
- 사진
DNA 가는 선
MUTs 밝은 점
DNA damage가 있는 부분에만 MUTs 단백질이 검출됨
해상도: 수직 방향 0.1nm, 수평 방향 1nm 수준의 초고해상도