ナノメカニカル測定のためのAFM

ナノスケールの機械的特性は、多くのアプリケーションにおいて、重要な検討事項です。アサイラム リサーチはNanomechPro™ツールキットで、細胞からセラミックまですべての測定が行える、多様な相補的AFMテクニックを提供しています。このコレクションにより、粘弾性特性、凝着力、硬度を含む、広範囲なナノメカニカル挙動を正確に評価できます。複数のテクニックで測定することにより、さまざまなアプリケーションに対して柔軟に対応できるだけでなく、さらにそれらの結果を比較することで、より深い知見も得ることができます。より多くの特性を、より高速で測定できる独自のモードと共に、NanomechProツールキットには、Cypher™およびMFP-3D™ファミリーAFMの両方に向けた機能が含まれています。

機能

  • フォースカーブ / フォースボリューム ‐ 力vs.距離のカーブが、弾性率、硬度、接着のような、定量的なサンプルの情報を提供するために使用される、典型的な準静的手法です。
  • 高速フォースマッピング (FFM;Fast Force Mapping 力vs.距離のマッピングができるモードで、最大300 Hzのピクセルレートで動作し、弾性率、接着、可塑性および、他の算出可能な特性を提供します。
  • デュアル AC イメージング  定性的なバイモーダルタッピングモードで、材料の剛性や粘弾性に応じたコントラストを提供します。
  • ロスタンジェントイメージング  損失エネルギー対貯蔵エネルギーの比に関する位相データを定量化するタッピングモードイメージで、tan δ としても知られています。
  • AM-FM(振幅変調‐周波数変調)粘弾性マッピング  定量的なバイモーダルタッピングモードで、探針‐サンプル間の接触剛性、ロスタンジェントを測定し、ヘルツモデルを使用した弾性率(E′)を算出します。 
  • コンタクト共振粘弾性マッピング (CR-AFM)  貯蔵弾性率(E′)および損失弾性率(E″)のコンタクトモードイメージング測定。
  • フォースモジュレーションイメージング  定性的なコンタクトモードテクニックで、サンプル変形の差異を測定し、散逸の差異を提供します。 
 

一般的なアプリケーション

フォースカーブ / フォースボリューム
  • 処置した生体組織と未処置のものの弾性率を比較します。
  • 細胞の2次元フォースボリュームモジュラスマップを提供します。
  • ハイドロゲルの機械的特性をキャラクタライズします。
FFM
  • Hertz, JKR, DMT, Oliver-Pharr モデルを使用した、定量的なフォースカーブ解析
  • サンプル形状をトラッキング中に、高分子サンプルの弾性率を比較
デュアル AC イメージング 
  • タイヤゴム混合物のコントラストを提供
  • ナノ複合材料やポリマーブレンドのような、材料の混合物や成分を可視化
ロスタンジェントイメージング
  • 市販の包装材料のバリア層を同定
  • ポリマー、合成物質および合金といった、粘弾性材料のレンジのコントラストを表示
AM-FM
  • 高速で表面に優しく、かつ高分解能なナノメカニカル情報
  • 細胞やポリマーから、合金やセラミックスまでの、幅広い材料の粘弾性特性
  • アミロイド線維、絶縁体およびパターン表面の散逸や弾性率
  • 多層“サンドイッチ”材料におけるポリマー (PS, PE, HDPE…) の同定  
CR-AFM
  • 高剛性材料の局所的な機械的キャラクタリゼーション 
  • スチールブレード、カーバイド、ダイヤモンド様材料の弾性率の比較
  • 木材や骨のような物質の定量的な弾性率を提供  

Selected Publications

P. Cai, Y. Mizutani, M. Tsuchiya, J. M. Maloney, B. Fabry, K. J. V. Vliet, and T. Okajima, "Quantifying Cell-to-Cell Variation in Power-Law Rheology," Biophys. J. 105, 1093-1102 (2013). doi:10.1016/j.bpj.2013.07.035

K. Gadelrab, and M. Chiesa, "Numerically assisted nanoindentation analysis," Mater. Sci. Eng., A 560, 267-272 (2013). doi:10.1016/j.msea.2012.09.066

A. Gannepalli, D. G. Yablon, A. H. Tsou, and R. Proksch, "Mapping nanoscale elasticity and dissipation using dual frequency contact resonance AFM," Nanotechnology 22, 355705 (2011). doi:10.1088/0957-4484/22/35/355705

R. Garcia, and R. Proksch, "Nanomechanical mapping of soft matter by bimodal force microscopy," Eur. Polym. J. 49, 1897-1906 (2013). doi:10.1016/j.eurpolymj.2013.03.037

E. T. Herruzo, A. P. Perrino, and R. Garcia, "Fast nanomechanical spectroscopy of soft matter," Nat. Commun. 5, 3126 (2014). doi:10.1038/ncomms4126

D. Hurley, M. Kocun, I. Revenko, B. Ohler, and R. Proksch, "Fast, quantitative AFM nanomechanical measurements using AM-FM Viscoelastoc Mapping mode," Microscopy and Analysis 29, 9-13 (2015). link to magazine

M. Kocun, A. Labuda, A. Gannepalli, and R. Proksch, "Photothermally Excited Contact Resonance Imaging in Air and Water," arXiv preprint arXiv:1410.3311 (2014). link to arXiv

G. Lamour, C. K. Yip, H. Li, and J. Gsponer, "High Intrinsic Mechanical Flexibility of Mouse Prion Nanofibrils Revealed by Measurements of Axial and Radial Young's Moduli," ACS Nano 8, 3851-3861 (2014). doi:10.1021/nn5007013

Q. Li, S. Jesse, A. Tselev, L. Collins, P. Yu, I. Kravchenko, S. V. Kalinin, and N. Balke, "Probing Local Bias-Induced Transitions Using Photothermal Excitation Contact Resonance Atomic Force Microscopy and Voltage Spectroscopy," ACS Nano 9, 1848-1857 (2015). doi:10.1021/nn506753u

V. Milkevych, B. Donose, N. Juste-Poinapen, and D. Batstone, "Mechanical and cell-to-cell adhesive properties of aggregated Methanosarcina," Colloids Surf., B 126, 303-312 (2015). doi:10.1016/j.colsurfb.2014.12.035

A. M. A. Moustafa, J. Huang, K. N. McPhedran, H. Zeng, and M. G. El-Din, "Probing the Adsorption of Weak Acids on Graphite Using Amplitude Modulation-Frequency Modulation Atomic Force Microscopy," Langmuir 31, 3069-3075 (2015). doi:10.1021/la5048968

R. Proksch, "Multifrequency, repulsive-mode amplitude-modulated atomic force microscopy," Appl. Phys. Lett. 89, 113121 (2006). doi:10.1063/1.2345593

R. Proksch, and D. G. Yablon, "Loss tangent imaging: Theory and simulations of repulsive-mode tapping atomic force microscopy," Appl. Phys. Lett. 100, 073106 (2012). doi:10.1063/1.3675836

A. Raman, S. Trigueros, A. Cartagena, A. P. Z. Stevenson, M. Susilo, E. Nauman, and S. A. Contera, "Mapping nanomechanical properties of live cells using multi-harmonic atomic force microscopy," Nat. Nanotechnol. 6, 809-814 (2011). doi:10.1038/nnano.2011.186

V. Vadillo-Rodriguez, T. J. Beveridge, and J. R. Dutcher, "Surface Viscoelasticity of Individual Gram-Negative Bacterial Cells Measured Using Atomic Force Microscopy," J. Bacteriol. 190, 4225-4232 (2008). doi:10.1128/jb.00132-08

D. G. Yablon, A. Gannepalli, R. Proksch, J. Killgore, D. C. Hurley, J. Grabowski, and A. H. Tsou, "Quantitative Viscoelastic Mapping of Polyolefin Blends with Contact Resonance Atomic Force Microscopy," Macromolecules 45, 4363-4370 (2012). doi:10.1021/ma2028038