走査型プローブ顕微鏡（AFM）

🧠 原子間力顕微鏡法atomic force microscopy (AFM) 原子間力顕微鏡法（atomic force microscopy (AFM)）atomic force microscopy (AFM)（原子間力顕微鏡法） は鋭い探針で表面を走査 scanning 走査（scanning） scanning（走査） し、探針–試料間力tip-sample force 探針–試料間力（tip-sample force）tip-sample force（探針–試料間力） （tip–sample force）を測ってナノメートルスケールの表面形状 topography 表面形状（topography） topography（表面形状） を得る。

探針で表面を走査する

カンチレバーcantilever カンチレバー（cantilever）cantilever（カンチレバー） のたわみ cantilever deflection たわみ（cantilever deflection） cantilever deflection（たわみ） （deflection）をレーザーで検出し、フィードバックが高さまたは力を一定に保つ。資料のAMF表記は一般にAFMを指す。

flowchart TD
  A["探針が表面へ近づく"]
  B["相互作用で<span class='jp-term jp-term-diagram' title='cantilever'>カンチレバー</span>が変位"]
  C["フィードバック付き<span class='jp-term jp-term-diagram' title='scanning'>走査</span>で高さ像形成"]
  A --> B
  B --> C

AFMの信号経路

$k$はカンチレバー cantilever カンチレバー（cantilever） cantilever（カンチレバー） のばね定数 spring constantばね定数（spring constant） spring constant（ばね定数）、$\Delta x$はたわみ cantilever deflection たわみ（cantilever deflection） cantilever deflection（たわみ） である。符号は座標と力の向きの規約に依存するため、ここでは大きさで示した。フォースカーブforce curve フォースカーブ（force curve）force curve（フォースカーブ） から付着力 adhesive force 付着力（adhesive force） adhesive force（付着力） や剛性 stiffness 剛性（stiffness） stiffness（剛性） も評価できる。¹

動作モードと試料への影響

探針–試料間力tip-sample force 探針–試料間力（tip-sample force）tip-sample force（探針–試料間力） は相互作用ポテンシャルの勾配として生じ、記録像の細部はAFMの分解能と探針形状 tip geometry 探針形状（tip geometry） tip geometry（探針形状） に制限される。

• コンタクトモードcontact mode コンタクトモード（contact mode）contact mode（コンタクトモード） は高い横方向力を与えうる。
• タッピングモードtapping mode タッピングモード（tapping mode）tapping mode（タッピングモード） は軟らかい試料の損傷を減らす。
• 真空vacuum 真空（vacuum）vacuum（真空） だけでなく空気中や液中でも測定可能。

医学・測定への応用

生細胞膜、DNA、タンパク質、生体材料biomaterial 生体材料（biomaterial）biomaterial（生体材料） 表面を標識なしで観察でき、力学測定や分子認識マッピング molecular recognition mapping 分子認識マッピング（molecular recognition mapping） molecular recognition mapping（分子認識マッピング） も行える。低スループット、探針形状tip geometry探針形状（tip geometry）tip geometry（探針形状）、操作者・解析依存性には注意する。¹²

まとめ

• 原子間力顕微鏡法atomic force microscopy (AFM) 原子間力顕微鏡法（atomic force microscopy (AFM)）atomic force microscopy (AFM)（原子間力顕微鏡法） は鋭い探針で表面を走査 scanning 走査（scanning） scanning（走査） し、探針–試料間力tip-sample force 探針–試料間力（tip-sample force）tip-sample force（探針–試料間力） を測ってナノメートルスケールの表面形状 topography 表面形状（topography） topography（表面形状） を得る。
• コンタクトモードcontact mode コンタクトモード（contact mode）contact mode（コンタクトモード） は高い横方向力を与えうる。
• 生細胞膜、DNA、タンパク質、生体材料biomaterial 生体材料（biomaterial）biomaterial（生体材料） 表面を標識なしで観察・力学測定できる。