การเปรียบเทียบหลักการทำงานของกล้องจุลทรรศน์ AFM สามโหมดการทำงาน
โหมดการติดต่อ
ในโหมดการสัมผัส ทิปจะสัมผัสกับตัวอย่างเบาๆ เสมอ สแกนในโหมดความสูงคงที่หรือแรงคงที่ ในระหว่างการสแกน ปลายจะเลื่อนไปบนพื้นผิวตัวอย่าง โดยทั่วไปแล้ว โหมดการติดต่อจะสร้างภาพที่มีความละเอียดสูงและเสถียร
ในโหมดสัมผัส หากสแกนตัวอย่างแบบอ่อน พื้นผิวตัวอย่างอาจเสียหายเนื่องจากการสัมผัสโดยตรงกับปลายเข็ม หากแรงระหว่างตัวอย่างและทิปอ่อนลงระหว่างการสแกนเพื่อป้องกันตัวอย่าง ภาพอาจบิดเบี้ยวหรืออาจได้สิ่งประดิษฐ์ ในขณะเดียวกัน capillary action ของพื้นผิวก็จะลดความละเอียดลงด้วย ดังนั้น โหมดสัมผัสโดยทั่วไปจึงไม่เหมาะสำหรับการศึกษาโมเลกุลขนาดใหญ่ทางชีวภาพ ตัวอย่างที่มีโมดูลัสยืดหยุ่นต่ำ และตัวอย่างที่เคลื่อนย้ายและทำให้เสียรูปได้ง่าย
โหมดไร้สัมผัส
ในโหมดไม่สัมผัส ทิปจะสั่นเหนือพื้นผิวตัวอย่าง โดยจะไม่สัมผัสกับตัวอย่าง และตัวตรวจสอบโพรบจะตรวจจับแรงระยะไกลที่ไม่ทำลาย เช่น แวนเดอร์วาลส์และแรงไฟฟ้าสถิตบนตัวอย่างที่ถ่ายภาพ แม้ว่าโหมดนี้จะเพิ่มความไวของกล้องจุลทรรศน์ แต่เมื่อระยะห่างระหว่างปลายเข็มกับตัวอย่างยาว ความละเอียดจะต่ำกว่าโหมดสัมผัสและโหมดแตะ และภาพจะไม่เสถียรและการดำเนินการค่อนข้างยาก การถ่ายภาพในของเหลวมีการใช้งานค่อนข้างน้อยในด้านชีววิทยา
โหมดแตะ
ในโหมดการแตะ คานเท้าแขนถูกบังคับให้สั่นใกล้กับความถี่เรโซแนนซ์ และปลายที่สั่นจะแตะพื้นผิวของตัวอย่างเบาๆ ทำให้สัมผัสกับตัวอย่างเป็นระยะ ดังนั้นจึงเรียกอีกอย่างว่าโหมดการสัมผัสเป็นระยะ เนื่องจากโหมดการกรีด ทำให้สามารถหลีกเลี่ยงไม่ให้ทิปติดกับตัวอย่างได้ และแทบไม่มีความเสียหายกับตัวอย่างระหว่างการสแกน เมื่อปลายของโหมดการต๊าปสัมผัสกับพื้นผิว มันสามารถเอาชนะแรงยึดเกาะระหว่างทิปกับตัวอย่างได้โดยการให้ความกว้างของทิปที่เพียงพอ ในขณะเดียวกัน เนื่องจากแรงที่กระทำอยู่ในแนวดิ่ง วัสดุพื้นผิวจึงได้รับผลกระทบน้อยกว่าจากแรงเสียดทานด้านข้าง แรงอัด และแรงเฉือน ข้อดีอีกประการของโหมดการต๊าปเมื่อเปรียบเทียบกับโหมดไม่สัมผัสคือช่วงการทำงานที่กว้างและเป็นเส้นตรง ซึ่งทำให้ระบบป้อนกลับแนวตั้งมีความเสถียรสูงและทำซ้ำได้สำหรับการวัดตัวอย่าง
เดอะ
โหมดการแตะ AFM ทำได้ทั้งในสภาพแวดล้อมในบรรยากาศและของเหลว ในสภาพแวดล้อมบรรยากาศ เมื่อปลายเข็มไม่สัมผัสกับตัวอย่าง ไมโครแคนทิลิเวอร์จะแกว่งอย่างอิสระด้วยแอมพลิจูดสูงสุด เมื่อปลายเข็มสัมผัสกับพื้นผิวตัวอย่าง แม้ว่าแผ่นเซรามิกเพียโซอิเล็กทริกจะกระตุ้นไมโครแคนทิลเวอร์ให้แกว่งด้วยพลังงานที่เท่ากัน แต่สิ่งกีดขวางสเตอริกทำให้ไมโครแคนทิลิเวอร์มีแอมพลิจูดของคานยื่นลดลง ระบบป้อนกลับจะควบคุมแอมพลิจูดของคานทิลิเวอร์เป็น คงที่ และปลายเข็มจะเคลื่อนไปตามการขึ้นและลงของพื้นผิวตัวอย่างเพื่อเลื่อนขึ้นและลงเพื่อให้ได้ข้อมูลรูปร่าง โหมดการกรีดยังเหมาะสำหรับการทำงานในของเหลว และเนื่องจากผลกระทบของของเหลวทำให้หมาดๆ แรงเฉือนระหว่างปลายเข็มและตัวอย่างมีขนาดเล็กลง และความเสียหายต่อตัวอย่างก็น้อยลง ดังนั้นการถ่ายภาพโหมดการกรีดใน ของเหลวสามารถดำเนินการกับตัวอย่างทางชีวภาพที่ใช้งานอยู่ การทดสอบในสถานที่ทำงาน การติดตามปฏิกิริยาของสารละลายในสถานที่ทำงาน เป็นต้น
โหมดบังคับด้านข้าง
Lateral Force Microscopy (LFM) ทำงานคล้ายกับ AFM ในโหมดสัมผัส เมื่อคานยื่นขนาดเล็กสแกนเหนือตัวอย่าง เนื่องจากการทำงานร่วมกันระหว่างปลายและพื้นผิวตัวอย่าง คานยื่นจะแกว่ง และมีการเสียรูปประมาณสองทิศทาง: แนวตั้งและแนวนอน โดยทั่วไป การเปลี่ยนแปลงในทิศทางแนวตั้งที่ตรวจพบโดยเครื่องตรวจจับตำแหน่งเลเซอร์จะสะท้อนถึงรูปร่างของพื้นผิวตัวอย่าง และการเปลี่ยนแปลงของสัญญาณที่ตรวจพบในทิศทางแนวนอน เนื่องจากคุณสมบัติของวัสดุที่แตกต่างกันของพื้นผิววัสดุ ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานคือ ยังแตกต่างกัน ต่างกัน ดังนั้นในกระบวนการสแกน องศาของการบิดเบี้ยวซ้ายและขวาของไมโครแคนทิลิเวอร์จึงแตกต่างกันด้วย ระดับการบิดงอของคานรับน้ำหนักเพิ่มขึ้นหรือลดลงเมื่อคุณสมบัติการเสียดทานของพื้นผิวเปลี่ยนไป (การเสียดสีที่เพิ่มขึ้นส่งผลให้เกิดการบิดตัวมากขึ้น) เครื่องตรวจจับเลเซอร์วัดและบันทึกข้อมูลภูมิประเทศและข้อมูลแรงด้านข้างแยกจากกันตามเวลาจริง โดยปกติแล้ว ไม่เพียงแต่ส่วนประกอบต่างๆ ของพื้นผิวตัวอย่างเท่านั้นที่สามารถทำให้เกิดการบิดเบี้ยวของไมโครแคนทิลิเวอร์ได้ แต่การเปลี่ยนแปลงของสัณฐานวิทยาของพื้นผิวของตัวอย่างยังสามารถทำให้เกิดการบิดเบี้ยวของไมโครแคนทิลิเวอร์ ดังแสดงในรูปด้านล่าง . เพื่อแยกความแตกต่างระหว่างสองภาพ โดยปกติแล้วควรรับภาพ LFM และภาพ AFM พร้อมกัน ขึ้นอยู่กับสาเหตุของการบิดเบี้ยวของคานยื่น โดยทั่วไปสามารถใช้ LFM เพื่อให้ได้ภาพองค์ประกอบและ "ภาพเสริมขอบ" ของพื้นผิววัสดุ
