Atomik Kuvvet Mikroskobu

Atomik kuvvet mikoskobu, yüzey görüntüleme ve moleküler düzeyde yüzey görüntüleme amacıyla kullanılan ve yakın geçmişte gelişen bir görüntüleme tekniğidir. Elektronik, telekominikasyon, biyoloji, kimya, otomotiv, uzay-havacılık endüstrilerinde ve litografi çalışmalarında kullanım alanı bulmuştur. Yapılan çalışmada moleküler sensör çalışmalarında kullanılabilecek bir Atomik Kuvvet Mikroskobu tasarımlanması ve bu mikroskobun moleküler
biyosensör çalışmalarında kullanılabilmesi amaçlanmıştır. AKM genellikle moleküler sensör çalışmalarında, kuvvet ölçmeye dayanan bir teknikle kullanılmaktadır. Tasarlanan atomik kuvvet mikroskobu sıvı ortamda çalışmakta ve sıvı numuneden iğnenin kopma mesafesi ölçülmektedir. Bu amaçla öncelikle cihazın tasarımı ve imalatı gerçekleştirilmiştir. Tasarlanan cihaz AKM olarak değil, nanometre düzeyinde çekme ünitesi olarak kullanılmıştır. Bu prensip göz önüne alınarak, DNA hibridizasyonu sonrası hibridleşmenin gözlemlenmesi ve AKM iğnesine histidin immobilizasyonu gerçekleştirilerek HIgG tanısı amacıyla kullanılması amacıyla ön denemeler yapılmıştır.


AKM (“Atomik Kuvvet Mikroskobu”) yüzey topografisini angstrom (Å) mertebesinden 100 mikrona (μ) kadar görüntüleyebilen bir yeni kuşak mikroskoptur. Bu cihaz ile moleküllerarası nN boyutlarında kuvvetlerin ölçülmesi mümkün olmaktadır. Mikroskop olarak en
önemli avantajı, özel bir hazırlama işlemi uygulamadan örneklerin doğrudan ve hemen hemen her ortamda görüntülebilmesidir[1]. Bu özellikleri nedeniyle malzemelerin nanometre boyutlarında yüzey özelliklerinin incelenmesi amacıyla, malzeme ile ilgili hemen hemen tüm
teknolojilerde gittikçe yaygınlaşan bir uygulama alanı bulmuştur.

Atomik kuvvet mikroskobu (AKM), özellikle gıda, çevre ve tıp teknolojileri başta olmak üzere elektronik, telekominikasyon, biyomedikal, kimyasal, otomotiv, uzayhavacılık,
ve enerji gibi alanları etkileyen geniş bir teknoloji aralığında proses ve malzeme problemlerini
çözmek amacıyla kullanılmaktadır. İncelenen malzemeler, ince ve kalın film kaplamaları, seramikler, alaşımlar, camlar, sentetik ve biyolojik membranlar, metaller,
polimerler ve yarı iletkenleri içermektedir. AKM ile, aşınma, yapışma, temizleme, çürüme, kapiler davranış, pürüzlendirme, sürtünme, kayganlaştırma, kaplama ve
cilalama gibi işlemlerinin materyal üzerindeki sonuçları da incelenebilmektedir.
Çok duyarlı kantileverin yüzeyi taramasıyla üç boyutlu görüntütüyü oluşturabilir, yine aynı hassas kantilever ile atomik seviyedeki kuvvetleri piko-newton (pN)
mertebesindeki hassasiyetle ölçebilir. AKM’nin bu üstün özelliklerinden yararlanılarak moleküllerin görüntülenmesi ve kullanılan kantileverlerin kimyasal olarak modifiye
edilerek kullanılmasıyla birçok nanoteknolojik uygulama gerçekleştirilmiştir. Özellikle kantilevere tutturulmuş atomik boyuttaki iğneye çeşitli moleküllerin
bağlanabilmesi birçok spesifik uygulamayı da beraberinde getirmiştir.

Bu uygulamaların en çarpıcı olanlarından biri de AKM’nin afinite sensör çalışmalarında kuvvet ölçümü yapılarak kullanılabilmesidir. Nanoteknolojinin en önemli elemanları arasında yer alan AKM, bir ön hazırlama aşaması olmadığı için biyolojik moleküllerin üç boyutlu yapısını bozmadan, bulundukları ortamda görüntülenmesini sağlamaktadır. Bu özelliği alternatifleri olan SEM ve TEM gibi mikroskopik tekniklere önemli bir üstünlük elde etmesini sağlamıştır.
Biyosensörler ise genel anlamda, biyolojik bir eleman içeren konsantrasyona duyarlı, tersinir ölçüm aleti olarak tanımlanabilirler. Biyosensörler, biyolojik olarak aktif materyaller içeren ve biyolojik ortamlardaki çeşitli maddelerin tayin edilmesinde kullanılan sistemlerdir [2].
AKM sisteminin özellikle biyolojik moleküller arasında etkileşim kuvvetlerinin ölçülmesinde kullanımı ile ilgili literatürde oldukça fazla çalışma vardır [3-5]. Bu uygulamalarda biyolojik moleküller (örneğin antibadiler) AKM iğnesine ve eşleniği moleküller ise katı örnek
yüzeyine kimyasal olarak bağlanmakta ve böylece ikisi arasında çekim kuvvetleri ölçülebilmektedir.