Rasterkraftmikroskopische Untersuchungen an nativen biologischen ...

GRUNDLAGEN UND METHODEN
1 Rasterkraftmikroskopie
Oberflächeneigenschaften orientieren. Abb. 2 A zeigt eine atomar aufgelöste Abbildung der Oberfläche
des Schichtkristalls ReSe 2 (s. auch unter 1.2 Kalibration). Atomare Auflösung (Binnig et
al., 1987; Marti et al., 1987; Giessibl et al., 2000) beruht auf einer Nahfeld-Wechselwirkung eines
oder weniger Atome an der Spitze des Sensors mit den jeweiligen Atomen des Kristallgitters.
Die bisweilen zu beobachtende scheinbare Variabilität atomar abgebildeter Kristallstrukturen kann
neben Verzerrungen durch Drifteffekte auch die Ursache haben, dass „Mehrfachspitzen“ aus einer
unterschiedlichen Anzahl von Atomen zu vielfältigen Überlagerungen der Elementarzellenstruktur
führen können (Abraham u. Batra, 1989, Gould et al., 1989, zit. nach Marti und Amrein, 1993).
Mit der selben Spitze (Olympus OMCL-RC800, k = 0,09 N/m) wurde anschließend an Messung
Abb. 2 ein Eichstandard abgebildet, der speziell für die Charakterisierung von Kraftmikroskop-
Spitzen konzipiert ist. Abb. 3 A, B zeigt das gemessene Bild des Standards TGT01 (Silicon-MDT,
Moskau) und ein Linienprofil daraus. Zum Vergleich ist darunter (Abb. 3 C) ein entsprechendes
Linienprofil der tatsächlichen Topographie gezeigt, das anhand der wirklichen Abmessungen des
Standards sowie der lokalen Maxima des gemessenen Profils mit der Software Deconvo (Silicon-
MDT, Moskau) erzeugt wurde. Da die 600 - 800 nm hohen konischen Spitzen des Standards vergleichsweise
schärfer (Öffnungswinkel weniger als 20 ◦ ) und rotationssymmetrisch sind, kommt
es damit praktisch - entgegen der Konvention - zu einer Abbildung der vordersten 600 - 800 nm
der pyramidalen Sensorspitze, deren Winkel aufgrund des Schärfungsprozesses etwas kleiner ist
als der nominale Pyramidenwinkel von 70 ◦ . Nur im unmittelbaren Apexbereich ist mit einem
deutlichen Effekt der Faltung von Sensorspitze und Standard zu rechnen, da die Spitzenradien von
vergleichbarer Größenordnung sind (nominaler Spitzenradius Eichstandard: R < 10 nm, Sensorspitze:
R < 20 nm, Herstellerangaben). Durch Deconvolution lässt sich hier die Spitzenform
rekonstruieren (Abb. 3 D, erzeugt mit der Software Deconvo). Man erhält für die Abbildung von
Strukturen dieser Dimension relevante Spitzenradien von R 1 = 28 nm, R 2 = 41 nm (minimaler
und maximaler Krümmungsradius der ellipsoidalen Oberfläche nahe der Spitze). Diese Abschätzung
der Spitzengeometrie beruht auf einer Behandlung der Interaktion Spitze-Oberfläche als
einfache geometrische Exklusion nach Villarrubia (1997). Die entsprechenden morphologischen
Algorithmen bestehen aus einer Reihe iterativer Rechnungen anhand eines rastersondenmikroskopisch
aufgenommenen Bildes. Die Methode basiert auf einer Bestimmung der Beschränkungen,
die sich aus den Korrugationen eines gegebenen Bildes ergeben, womit eine Berechnung der wahrscheinlichsten
Form der Spitze erfolgt (natürlich auf die maximale Höhe der im Bild enthaltenen
Korrugationen beschränkt). Das Ergebnis ist eine Abschätzung der Form der stumpfesten Spitze,
mit der das gemessene Bild aufgenommen werden kann. Enthält die gerasterte Oberfläche
„schärfere“ Strukturen als die Spitze, ist das Resultat relativ verlässlich. Der Vorteil gegenüber
anderen Methoden, z. B. elektronenmikroskopischer Abbildung der Spitze nach Gebrauch, besteht
in der Abschätzung der Spitzenform, wie sie während der jeweiligen Abbildung bestand (ein Ver-
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