Arbeitsgruppe Prof. Ziegler

SFM Lab

A scanning force microscope (SFM) is used for the imaging of nanoscale structures and a roughness analysis of a surface. A sharp tip which is attached to a cantilever scans linewise the surface of a sample. By measuring the position of the reflection of a laser beam, which is focused on the end of the cantilever, using a photo-detector, the lateral and vertical deflection of the cantilever and therefore the force between the tip and the surface can be determined.

Various modes offer different information about the sample:

  • Contact Mode: imaging of the topography (fast)
  • Tapping Mode: imaging of the topography (gentle)
  • Non-contact Mode: imaging of the topography without striking the sample
  • Phase Imaging: imaging of adhesion and viscoelasticity
  • Magnetic Force Microscopy (MFM): imaging of the magnetic force gradient distribution above the sample surface
  • Electric Froce Microscopy (EFM): imaging of the electric field gradient distribution above the sample surface
  • Surface Potential Microscopy: imaging of local surface potential gradient over the sample surface

Untersuchungen zur Rastertunnel- und Rasterkraftspektroskopie, insbesondere an organischen und biologischen Materialien (z.B. Si/Organik, PtSi/Redoxcoenzyme, Metall/Protein, Metall/Bakterien, Antigen/Antikörper)

Methoden:

  • STM, Tunnelspektroskopie, SFM, Kraftspektroskopie

Rastersondenverfahren werden in allen Bereichen eingesetzt. Routinemessungen erfolgen beispielsweise für die Charakterisierung des Schichtwachstums.

Ein spezifischer Schwerpunkt lag bisher auf Tunnelspektroskopie-Untersuchungen an reinen Si-Oberflächen sowie an molekularen und biomolekularen Adsorbaten, die an Silicium sowie an metallisch leitfähige Silicide angekoppelt sind.
Weitere Schwerpunkte liegen auf der Charakterisierung von Proteinadsorbaten auf technischen Unterlagen wie den Dentalwerkstoffen. Für die Untersuchungen zur Proteinadsorption wurde ein Kombinationsgerät aufgebaut, in dem SFM-Untersuchungen im Durchfluss möglich sind. Dieses wird derzeit erweitert, so dass die Proteinadsorption mit Hilfe von parallelen Schwingquarzmessungen quantifiziert werden kann.

Die Kraftspektroskopie wird angewandt, um molekulare Erkennungsprozesse zwischen Antigenen und Antikörpern sowie zwischen Nukleinsäuresequenzen zu untersuchen (s. auch "Biomolekulare Wechselwirkungsprozesse und Affinitätsbiosensoren ").

Die Entwicklung eines Cantileversensorsystems für Flüssigkeiten wurde bereits unter "Biomolekulare Wechselwirkungsprozesse und Affinitätsbiosensoren " vorgestellt.

Derzeitige Kooperationen:
SIS, Jülich

Rasterkraftmikroskopie (SFM) und Rasterkraftspektroskopie (SFS)

Das JPK Nanowizard 3 ist ein SFM der Bio-SFM Familie und bietet optimierte Bedingungen zur Untersuchung biologischer Proben, kann aber natürlich auch für nicht biologische Fragestellungen angewandt werden. Neben den üblichen Standardmethoden zum Abbilden von Proben sind folgende Module vorhanden:

  • Gekoppelt mit einem optischen Inversmikroskop der Firma Zeiss
  • Diverse Messzellen, um unter biologisch relevanten Bedingungen arbeiten zu können. BioCell, Petri Dish Heater….
  • Zusätzliche Top-View Einheit, um auch intransparente Proben optisch darstellen zu können
  • BioMAT Workstation zur Kalibration mit dem optischen Mikroskop Axioskop 2 mot
  • Cell Hesion Modul für erweiterten z-Bereich bei Kraft-Abstands-Kurven (Erweiterung von 15 auf 100 µm)
  • Conductive SFM Modul
  • Kelvin Probe Force Microscopy
  • Magnetic Force Microscopy
  • Quantitative Imaging zur Untersuchung der nanomechanischen Eigenschaften von Proben
  • Fluid FM Erweiterung der Firma Cytosurge
  • S2-Zulassung, insbesondere für Arbeiten mit Pseudomonas aeruginosa

 

 

Das Asylum Research MFP3D ist ein SFM, das sowohl in Luft als auch in Flüssigkeiten betrieben werden kann.  Es ist besonders im Bereich der Kraft-Abstands-Kurven Messungen durch besonders rauscharme Elektronik Vorreiter. Neben den üblichen Standardmethoden zum Abbilden von Proben sind folgende Module vorhanden:

  • Closed Fluid Cell
  • Kelvin Probe Force Microscopy
  • Magnetic Force Microscopy

Anwendungsbeispiele des MFP:

  • Moleculare Elastizität
  • Proteinfaltung
  • Chemische Abtastung/Erfassung
  • Polymere
  • DNA interatomische/molekulare Bidungen
  • Ligandrezeptorbindungen
  • Kovalente Bindungen
  • Kolloidalkräfte
  • Van-der-Waals-Kräfte
  • Hydrationskräfte
  • Hydrophobische Kräfte
  • Adhäsion
  • Energieverlust

Das Multimode ist ein SFM, welches nur in Luft betrieben werden kann.  Dieses Gerät ist herausragend, was die Auflösung im Imaging angeht. Zudem besteht die Option zur Kraftspektroskopie.

Sample specifications

The MultiMode can scan structures from the size of a few nm up to 200 µm laterally and 10 µm vertically for samples with a maximum diameter or rather length of 15 mm.

System Setup

  • MultiMode 2 AFM Head
  • Poor vibrations due to direct positioning on building's foundation
  • Air conditioning in range of 20 - 25°C all over year
  • NanoScope IIIA Controller, Basic Extender
  • 15x top view microscope with VGA ocular digital camera
  • Windows XP with installed Nanoscope v6.14 R1 Software
  • Intel P4 HT 2.6 GHz, 2 GB DDR2 RAM, 60 GB SSD, Gbit Ethernet, ActiveDirectory
  • 2x 24" Full HD Displays
  • Remote usage and control from on-site workstations

Contact

Dr. Christine Müller-Renno

 

 

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