고분자분석실험-AFM

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바꾸는 것이다. 또는 탐침을 시료 표면과 가볍게 접촉시켜서 새로운 탐침 모양을 만들어서 다시 이미지를 찍는다.
4. AFM의 응용
① AFM의 생물학적 응용
AFM은 nanometer 3차원 해상도로서 도체뿐만이 아니라 부도체도 측정이 가능하며, 물속과 같은 생리학적 환경에서도 시료의 다른 준비 없이 이미지를 얻을 수 있어서 SPM중 가장 성공적인 생물학적 도구로 여겨지고 있다.
생물학에서의 대표적인 AFM의 응용사례로는 메신저 RNA 전사과정을 포착한 AFM 영화를 들 수 있다. 생명체의 유전자 정보는 DNA에 들어있으며 모든 종류의 단백질을 만들어내는 첫 번째 단계가 DNA 원형(template)으로부터 메신저 RNA를 만들어내는 전사(transcription)이다. 이 전사를 수행하는 효소(enzyme)인 RNA 중합 효소(RNA polymerase)를 운모(mica)위에 고정시킨 후 DNA 원형이 이를 거쳐 가는 것을 AFM으로 연속적인 이미지를 포착할 수 있다. 특기할만한 사항은 겉보기 부피와 모양으로부터 길고 짧은 DNA와 크고 작은 효소들을 어느 정도는 구별할 수 있어서 추가의 꼬리표가 필요 없다는 것이다.
AFM은 3차원 이미지를 형성할 수 있을 뿐 아니라 시료에서 얻을 수 있는 다른 요소들을 형상화하는 도구로서도 많이 쓰이고 있다.
대표적인 경우가 힘 곡선을 통해서 개개의 생분자들 간의 상호 작용하는 힘을 연구하는 것이다. 예를 들어 바이오틴(biotin, 작은 비타민의 일종)을 표면에 고정시킨 후 그와 잘 달라붙는 아비딘(Avidin, 단백질의 일종으로 네 개의 바이오틴 결합 주머니를 가진다.)을 시침에 달고 바이오틴-아비딘 결합력을 측정할 수 있다.
[그림] AFM 팁의 바이오틴-아비딘 결합력을 측정
BioScope AFM 시스템의 생물학적 장점은 다음과 같다.
○ 살아있는 시료의 분석 및 영상 측정이 가능
○ 시료의 전처리가 거의 필요 없으며, 시료의 파괴나 손실이 없음
○ 시료의 높이와 깊이 측정이 가능하여 삼차원 영상분석이 용이
○ Nanoscale의 배율까지 측정(25∼10,000,000배)
○ Inverted 현미경과 동시에 사용되어 광학현미경의 제반특성을 모두 활용 가능
○ NanoIndentation에 의한 유전자 조작 기술
② 잉크펜처럼 찍어 쓰는 나노프린터
최근에 AFM을 이용한 새로운 리소그래피 기술이 고안되었다. 일명‘나노펜’기술(dip-pen nanolithography). 오늘날 볼펜과 같이 다양한 필기구가 보편화되기 전에 사람들은 잉크통에 찍어 쓰던 습자연습용 펜을 사용했다. 나노펜 기술은 이와 비슷하다.
나노펜 기술은 AFM 탐침을 펜으로 삼아, 화학이나 생화학물질 용액 잉크를 찍어서, 고체표면에 글씨를 쓰거나 선을 그린다. AFM을 마치 가정에서 많이 쓰는 프린터처럼 사용한다고 생각하면 된다. 단지 종이 대신에 반도체 같은 고체표면에 인쇄를 할 뿐이다. 기존 프린터의 해상도가 1440DPI 정도인데, 나노펜을 이용한 프린터의 해상도는 200만 DPI에 이른다.
4. AFM과 다른 Image 기술의 비교
1) AFM 대 STM
AFM과 Scanning Tunneling Microscope를 비교하는 것은 흥미 있다. 약간의 경우에 STM의 분해능은 거리에 의한 tunneling current의 지수의 의존성 때문에 AFM보다 더 좋다. AFM에서 힘-거리 의존성은 Tip형태와 contact force와 같은 특성이 고려될 때 훨씬 더 복잡하다. AFM은 전도체와 부도체 양쪽모두 적용 할 수 있지만 STM은 단지 전도sample에 적용할 수 있다. 다양성의 차원에서 AFM이 유리하다. 게다가, AFM은 사용전압과 Tip과 접착 기면(substrate)의 거리가 제어 될 수 있는 장점을 제공한다. 독립적으로, 그런 까닭에 STM으로 두 변수는 완전하게 연결된다.
2) AFM 대 SEM
Scanning Electron Microscope에 비교해서, AFM은 높이 측정과 표면특성의 분명한 관찰에 직접적으로 독특한 topographic contrast를 제공한다.(코팅이 필요 없다)
3) AFM 대 TEM
Transmission Electron Microscope와 비교해서, 3차원 AFM image는 값비싼 sample비 없이 얻어지고단면적 sample로부터 이용할 수 있는 2차원 Profile보다 훨씬 더 완벽한 정보를 산출한다.
4) AFM 대 optical Microscope
Optical Interferometric Microscope(optical profile)과 비교하여 , AFM은 물질사이에 반사율 차이에 무관하게 step height의 명확한 측정을 제공한다.
5. 참고문헌
○ AFM 1) http://library.kriss.re.kr/msjournal/1998/212/21204.htm
2) http://www.kordic.re.kr/~trend/Content237/physhics01.html
3) http://www.tecsco.co.kr/spm/spm.asp
4) http://webhost.kist.re.kr/Users/VSS577/userupload
5) http://tipp.sunchon.ac.kr/pds/pds1_files/SPM%20마무리.hwp
6) http://spintronics.inha.ac.kr/lecturenote/surface022/AFM.ppt
7) http://www.cheric.org/ippage/d/ipdata/2004/03/file/d200403-1501.pdf
8) http://pem.kaist.ac.kr/research/AFMk.htm
9) http://plaza.snu.ac.kr/~jssuh/STM&AFM.pdf
10) http://chem.kaist.ac.kr/old_home/before/SEE-KAIST_2001
/PDF_Professor/Juhyoun_Kwak.pdf
11) http://mms.postech.ac.kr/mms/sub_3_1_5.php
12) http://blog.naver.com/nanomate
13) 권용구 교수님 기기분석 강의자료

키워드

AFM,   SPM,   원자현미경