Rasterkraftmikroskopie (Atomic Force Microscopy)
Rasterkraftmikroskopie ist eine Technik, die zur mechanischen Abtastung von Oberflächen auf der Nano- bis Mikrometerskala und zum Messen atomarer und molekularer Kräfte eingesetzt wird.
Ein Rasterkraftmikroskop tastet die Beschaffenheit einer Oberfläche mit einer nonoskopisch kleinen Nadel ab (siehe Abb. links oben). Diese Nadel befestigt an einer Blattfeder (Cantilever) wird von Piezokristallen über die Oberfläche bewegt. Die Blattfeder biegt sich an den Oberflächenstrukturen. Diese Verbiegung der Blattfeder (Auslenkung) wird mit Hilfe eines Lasers, welcher auf die Spitze der Blattfeder fokussiert ist, und optischen Sensoren gemessen. Somit entsteht ein Oberflächenprofil.
Das Abbilden von Oberflächen kann mittels unterschiedlicher Modi betrieben werden. Im Kontakt-Modus steht die AFM-Spitze im direkten Kontakt mit den Elektronenhüllen der Atome an der Oberfläche. Beim intermittierenden Modus (tapping mode) wird die AFM-Spitze nahe der Resonanz-Frequenz angeregt. Die nun mit definierter Amplitude ständig schwingende AFM-Spitze tastet die Oberfläche ab. Sowohl der intermittierende wie auch der Kontakt-Modus können auf luftgetrocknete Oberflächen oder Oberflächen in Puffer angewendet werden. Insbesondere die letztere Option stellt eine geeignete Methode dar, biologische Proben, sogar lebende Zellen, in nativer oder nahezu nativer Umgebung auf einer Nanometerskala abzubilden.
Wird die AFM-Spitze auf eine Stelle der Oberflächen mit einer definierten Kraft gedrückt und wieder angehoben, lassen sich so Kraft-Abstandskurven aufnehmen. Die auf diese Weise aufgenommene Abhängigkeit der auf die AFM-Spitze wirkenden Kraft von der Spitzenposition ermöglicht Rückschlüsse auf die Materialeigenschaften der Proben wie Adhäsion oder Elastizität. Die Anwendung der Methode der Kraft-Abstandskurven auf Einzelmoleküle liefert Informationen über die Bindungskräfte in einzelnen Molekülen. Auf diese Weise ist es möglich z.B. Proteinfaltung bzw. Proteinentfaltung zu untersuchen.