Rasterkraftmikroskopie in fluider Umgebung

Abstract

In dieser Arbeit werden verschiedene Aspekte zur Rasterkraftmikroskopie (AFM) in fluider Umgebung vorgestellt. Sämtliche Experimente wurden im sog. TappingMode durchgeführt, der sich durch sehr hohe laterale Auflösung und dabei sehr geringe Beeinflussung der Probe durch die AFM-Spitze auszeichnet.

Im ersten Teil dieser Arbeit wird in systematischen Messreihen untersucht, wie sich die relative Luftfeuchtigkeit auf Amplituden-Phasen-Distanz (APD)-Kurven auswirkt. Es wird gezeigt, dass bei hydrophilen Si- oder Glimmer-Oberflächen ein deutlicher Effekt auftritt, der bei hydrophobisierten Substraten komplett ausbleibt. Dies lässt sich mit der Ausbildung eines Wasser-Meniskus zwischen der AFM-Spitze und dem Substrat erklären. Numerische Simulationsrechnungen, die ein Modell eines eben solchen Meniskus verwenden, reproduzieren die experimentellen Beobachtungen sehr gut.

Im zweiten Teil der Arbeit werden AFM-Messungen in wässriger Umgebung an Poly(N-Isopropyl Acrylamid-co-Vinyl Essigsäure)-Mikrogel-Partikeln vorgestellt. Diese Partikel weisen bei T = 32 ° C einen Volumen-Phasenübergang auf. Sie sind für T < 32 ° C in Wasser löslich und zeigen eine gequollene Struktur. Für T > 32 ° C sind sie hingegen wasserunlöslich und liegen als kollabierte "Globule" mit deutlich kleinerem Volumen vor. Die hier vorgestellten Messungen zeigen zum ersten Mal, wie sich derartige PNIPAM-basierte Partikel verhalten, wenn sie an Oberflächen adsorbiert sind. Es wird zum einen der Volumenphasenübergang quantitativ verifiziert, zum anderen werden die mittels Kraftspektroskopie gewonnenen elastischen Eigenschaften des gequollenen und des kollabierten Zustands untersucht.

Abschließend werden in der Arbeit noch erste Ergebnisse zweier neuartiger Messmethoden erläutert, bei denen ein Rasterkraftmikroskop im TappingMode mit einem dazu synchron gepulsten Laser kombiniert wird. Ein solches "Laser-AFM" kann u.a. verwendet werden, um die Dynamik lichtinduzierter Konformationsänderungen zu untersuchen.