जैविक अनुसंधान में जैविक सूक्ष्मदर्शी के अनुप्रयोग
बिनिग ने स्कैनिंग जांच माइक्रोस्कोप का आविष्कार किया, जिसने भौतिकी में नोबेल पुरस्कार जीता। यह सूक्ष्मदर्शी पारंपरिक ऑप्टिकल सूक्ष्मदर्शी की तुलना में कहीं अधिक आवर्धन प्राप्त करता है। ऑप्टिकल सूक्ष्मदर्शी का आवर्धन आम तौर पर 1000 गुना से अधिक नहीं होता है, जबकि इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी का आवर्धन 100 से 100,000 गुना तक होता है, जिससे परमाणु पैमाने पर पदार्थों और उनकी संरचनाओं का प्रत्यक्ष अवलोकन संभव हो जाता है, जो सूक्ष्म दुनिया की खोज के लिए प्रमुख उपकरणों में से एक बन गया है।
परमाणु बल माइक्रोस्कोपी (एएफएम) की खूबियों में से एक नमूना तैयार करना है। ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी के विपरीत, नमूनों को किसी जटिल पूर्व-उपचार की आवश्यकता नहीं होती है। एएफएम शारीरिक स्थितियों के तहत जीवित जैविक नमूनों का निरीक्षण कर सकता है, और जीवित कोशिकाओं के गतिशील परिवर्तनों को पकड़ सकता है; इसके अलावा, एएफएम त्रि-आयामी छवियां प्राप्त कर सकता है। सिद्धांत रूप में, परमाणु बल माइक्रोस्कोपी (एएफएम) नैनोमीटर पैमाने पर नमूनों की सतह आकृति विज्ञान और भौतिक गुणों को हल कर सकता है, और व्यक्तिगत बायोमोलेक्यूल्स की इमेजिंग और विश्लेषण कर सकता है। इसके अलावा, एएफएम द्वारा प्राप्त सिग्नल इसके बल स्पेक्ट्रम के रूप में भी काम कर सकता है।
एएफएम नमूना सतह पर परमाणुओं या अणुओं के प्रसंस्करण और संशोधन को भी सक्षम बनाता है, जैसे परमाणुओं को हिलाना, नमूनों को काटना और कोशिका झिल्ली को छिद्रित करना। संक्षेप में, उच्च रिज़ॉल्यूशन, जीवित नमूनों को देखने की क्षमता और नमूना प्रसंस्करण परमाणु बल माइक्रोस्कोपी (एएफएम) के तीन प्रमुख फायदे हैं।
एएफएम आमतौर पर तेज नोक वाले माइक्रोकैंटिलिवर्स का उपयोग करता है। टिप और नमूना सतह के बीच एक कमजोर बल मौजूद है। टिप और नमूने के बीच परस्पर क्रिया बल को लेनार्ड-जोन्स क्षमता द्वारा वर्णित किया जा सकता है: \\(F(r)=-\\frac{C}{r^D}+\\frac{\\sigma}{r^Z}\\); जहां C और \\(\\sigma\\) स्थिरांक हैं, r टिप और नमूने के बीच की दूरी को दर्शाता है। जब टिप नमूना सतह के करीब होती है, तो अंतर-आणविक बल आकर्षक बल से प्रतिकारक बल में बदल जाता है। टिप पर कार्य करने वाला बल सतह आकृति विज्ञान और नमूने की अन्य विशिष्ट जानकारी को दर्शाता है।
उदाहरण के लिए, \\(F(Z)=2KB(3-Z)\\), जहां Z जांच टिप की ऊर्ध्वाधर स्थिति है। ब्राइट-फील्ड परमाणु बल माइक्रोस्कोपी (बीएफएएम) नमूना सतह से परावर्तित लेजर प्रकाश के एक बंडल का उपयोग करता है और फिर एक विभाजित फोटोडायोड पर प्रक्षेपित किया जाता है। नमूने की सतह संरचना में भिन्नता के कारण प्रकाश की तीव्रता में परिवर्तन होता है, इसलिए नमूने की सतह स्थलाकृति की जानकारी प्राप्त की जा सकती है। नमूने की परमाणु-स्तरीय रूपात्मक छवि परमाणु बल माइक्रोस्कोपी द्वारा दर्ज की जाती है।
