Chemical force microscopy
পদার্থবিজ্ঞানে, রাসায়নিক বল অণুবীক্ষণ (সি. এফ. এম) হল পারমাণবিক বল অণুবীক্ষণ (এ. এফ. এম)-এর একটি বৈচিত্র্য যা পদার্থের পৃষ্ঠের বৈশিষ্ট্যের জন্য একটি বহুমুখী সরঞ্জাম হয়ে উঠেছে। এ. এফ. এম-এর সাহায্যে, কাঠামোগত অঙ্গসংস্থান সহজ ট্যাপিং বা যোগাযোগ পদ্ধতি ব্যবহার করে পরীক্ষা করা হয় যা একটি ধ্রুবক প্রোব বিচ্যুতি প্রশস্ততা (ধ্রুবক বল মোড) বজায় রাখতে বা অগ্রভাগের বিচ্যুতি (ধ্রুবক উচ্চতা মোড) পরিমাপ করার সময় উচ্চতা বজায় রাখতে টিপ এবং নমুনার মধ্যে ভ্যান ডার ওয়ালের মিথস্ক্রিয়া ব্যবহার করে। অন্যদিকে, সিএফএম কার্যকরী প্রোব টিপ এবং নমুনার মধ্যে রাসায়নিক মিথস্ক্রিয়া ব্যবহার করে। পছন্দের রসায়ন সাধারণত সোনার লেপযুক্ত অগ্রভাগ এবং থায়োল সংযুক্ত পৃষ্ঠ, আর আগ্রহের কার্যকরী গোষ্ঠী। সি. এফ. এম পৃষ্ঠতলের রাসায়নিক প্রকৃতি নির্ধারণ করার ক্ষমতাকে সক্ষম করে, তাদের নির্দিষ্ট অঙ্গসংস্থান নির্বিশেষে, এবং মৌলিক রাসায়নিক বন্ধন এনথালপি এবং পৃষ্ঠ শক্তির অধ্যয়নকে সহজতর করে। সাধারণত, সি. এফ. এম প্রোব ধারণকারী ক্যান্টিলিভারের মধ্যে তাপীয় কম্পন দ্বারা সীমাবদ্ধ থাকে। এটি বল পরিমাপের রেজোলিউশনকে ~ 1 পিএন-এ সীমাবদ্ধ করে যা দুর্বল মিথস্ক্রিয়া প্রতি জোড়ায় ~ 20 পিএন বিবেচনা করে এখনও খুব উপযুক্ত। সি. এফ. এম-এর এই বিবেচনা জুড়ে হাইড্রোফোবিসিটি প্রাথমিক উদাহরণ হিসাবে ব্যবহৃত হয়, তবে অবশ্যই এই পদ্ধতির মাধ্যমে যে কোনও ধরনের বন্ধন পরীক্ষা করা যেতে পারে। অগ্রগামী কাজ সি. এফ. এম প্রাথমিকভাবে 1994 সালে হার্ভার্ড বিশ্ববিদ্যালয়ে চার্লস লিবার দ্বারা তৈরি করা হয়েছে। পদ্ধতিটি হাইড্রোফোবিসিটি ব্যবহার করে প্রদর্শিত হয়েছিল যেখানে মেরু অণু (যেমন। সি. ও. ও. এইচ) একে অপরের সাথে সবচেয়ে শক্তিশালী বন্ধন থাকে, তারপরে অ-মেরু (যেমন। CH3-CH3) বন্ধন, এবং একটি সংমিশ্রণ সবচেয়ে দুর্বল। প্রোব টিপগুলি কার্যকরী করা হয় এবং সাবস্ট্রেটগুলি এই অণুগুলির সাথে প্যাটার্ন করা হয়। কার্যকারিতার সমস্ত সংমিশ্রণ পরীক্ষা করা হয়েছিল, টিপ যোগাযোগ এবং অপসারণের পাশাপাশি উভয় মোয়েটির সাথে প্যাটার্নযুক্ত সাবস্ট্রেটের স্থানিক ম্যাপিং এবং চিত্রের বিপরীতে পরিপূরকতা পর্যবেক্ষণ করে। এই দুটি পদ্ধতিই নীচে আলোচনা করা হয়েছে। ব্যবহৃত এ. এফ. এম যন্ত্রটি চিত্র 1-এর অনুরূপ। আঠালো শক্তি (প্রসার্য পরীক্ষা) এটি সি. এফ. এম ক্রিয়াকলাপের সহজ পদ্ধতি যেখানে একটি কার্যকরী অগ্রভাগকে পৃষ্ঠের সংস্পর্শে আনা হয় এবং যে শক্তিতে বিচ্ছেদ ঘটে তা পর্যবেক্ষণ করার জন্য টানা হয় (চিত্র 2 দেখুন)। আনুগত্য বলবিজ্ঞানের জনসন-কেন্ডাল-রবার্টস (জে. কে. আর) তত্ত্ব এই মানটিকে (1) হিসাবে ভবিষ্যদ্বাণী করে যেখানে অগ্রভাগের ব্যাসার্ধ এবং অগ্রভাগ, নমুনা এবং মাধ্যমের মধ্যে বিভিন্ন পৃষ্ঠ শক্তি রয়েছে (তরল নীচে আলোচনা করা হয়েছে)। সাধারণত এস. ই. এম থেকে এবং প্রদত্ত মোয়েটিসের সাথে সাবস্ট্রেটে যোগাযোগ কোণ পরিমাপ থেকে প্রাপ্ত হয়। যখন একই কার্যকরী গোষ্ঠী ব্যবহার করা হয়, এবং যার ফলস্বরূপ দুটি ভিন্ন মোডের সাথে এটি দুবার করা হয় (যেমন। এবং) এবং এর মান দেয়, যা নির্ধারণের জন্য একই পরীক্ষায় উভয়ই একসাথে ব্যবহার করা যেতে পারে। অতএব, সিএফএম নির্ধারিত মানগুলির সাথে তুলনা করার জন্য কার্যকারিতার যে কোনও সংমিশ্রণের জন্য গণনা করা যেতে পারে। একইভাবে কার্যকরী অগ্রভাগ এবং পৃষ্ঠের জন্য, অগ্রভাগ বিচ্ছিন্নকরণ জেকেআর তত্ত্বটি প্রকৃত মান এবং পয়সন অনুপাত থেকে প্রাপ্ত অগ্রভাগের একটি "কার্যকর" ইয়ং-এর মডুলাস সহ (2) এর একটি যোগাযোগ ব্যাসার্ধের পূর্বাভাস দেয়। যদি কেউ একটি একক কার্যকরী গোষ্ঠীর কার্যকরী ক্ষেত্র জানেন, (যেমন। কোয়ান্টাম রসায়ন সিমুলেশন থেকে), টেনশনে অংশগ্রহণকারী লিগ্যান্ডগুলির মোট সংখ্যা অনুমান করা যেতে পারে যেমনটি আগে বলা হয়েছে, সি. এফ. এম-এর বল রেজোলিউশন একজনকে দুর্বলতম বৈচিত্র্যের পৃথক বন্ধন অনুসন্ধান করার অনুমতি দেয়, তবে টিপ বক্রতা সাধারণত এটি প্রতিরোধ করে। Eq2 ব্যবহার করে, বক্রতার একটি ব্যাসার্ধ পৃথক রৈখিক মোয়েটির প্রসার্য পরীক্ষা পরিচালনার প্রয়োজনীয়তা হিসাবে নির্ধারণ করা হয়েছে। উল্লেখ করার মতো একটি দ্রুত নোট হল বল প্রোফাইলে হিস্টেরেসিসের সাথে সম্পর্কিত কাজ (চিত্র 2) বন্ধন শক্তির সাথে সম্পর্কিত নয়। অগ্রভাগটি প্রত্যাহার করার ক্ষেত্রে যে কাজটি করা হয়েছে তা আনুমানিকভাবে বলের সাথে বিকৃতির রৈখিক আচরণ এবং মুক্তির ঠিক আগে স্থানচ্যুতি হওয়ার কারণে। ফ্রিসবি এবং অন্যান্যদের ফলাফল ব্যবহার করে, সংস্পর্শে থাকা আনুমানিক 50টি কার্যকরী গোষ্ঠীর জন্য স্বাভাবিক করা হয়েছে, কাজের মান যথাক্রমে 39টি ই. ভি, 0.25টি ই. ভি এবং 4.3টি ই. ভি, এবং মিথস্ক্রিয়া হিসাবে অনুমান করা হয়। মোটামুটিভাবে, আন্তঃআণবিক বন্ধন শক্তি গণনা করা যেতে পারেঃ বয়লিং পয়েন্ট হওয়া। এই অনুসারে, ফর্মিক অ্যাসিডের জন্য, এবং মিথেনের জন্য 9.73 এম. ই. ভি, প্রতিটি মান পরীক্ষার পরামর্শের চেয়ে প্রায় 3 ক্রম ছোট হতে পারে। এমনকি যদি পৃষ্ঠের প্যাসিভেশন বিবেচনা করা হয় (নীচে আলোচনা করা হয়েছে), তবে বড় ত্রুটিটি অপরিবর্তনীয় বলে মনে হয়। সবচেয়ে শক্তিশালী হাইড্রোজেন বন্ধন সর্বাধিক ~ 1 eV শক্তির হয়। এটি দৃঢ়ভাবে বোঝায় যে ক্যান্টিলিভারের বন্ধন মিথস্ক্রিয়ার জন্য তার চেয়ে বা তার ক্রমানুসারে একটি বল ধ্রুবক রয়েছে এবং তাই, এটি সম্পূর্ণরূপে অনমনীয় হিসাবে বিবেচিত হতে পারে না। এটি সি. এফ. এম-এর উপযোগিতা বাড়ানোর জন্য একটি পথ খুলে দেয় যদি বলের রেজোলিউশন বজায় রেখে আরও শক্ত ক্যান্টিলিভার ব্যবহার করা যায়। ঘর্ষণ বল ম্যাপিং রাসায়নিক মিথস্ক্রিয়া বিভিন্ন কার্যকারিতা সহ পূর্বনির্ধারিত স্তরগুলির ম্যাপ করতেও ব্যবহার করা যেতে পারে (চিত্র 3 দেখুন)। কোনও কার্যকরী গোষ্ঠী সংযুক্ত না করে একটি অগ্রভাগ সহ বিভিন্ন হাইড্রোফোবিসিটি সহ একটি পৃষ্ঠের স্ক্যানিং কোনও বৈপরীত্য ছাড়াই একটি চিত্র তৈরি করবে কারণ পৃষ্ঠটি অঙ্গসংস্থানগতভাবে বৈশিষ্ট্যহীন (সহজ এ. এফ. এম অপারেশন)। একটি অগ্রভাগকে হাইড্রোফিলিক হিসাবে কার্যকরী করার ফলে ক্যান্টিলিভার বাঁকাতে পারে যখন অগ্রভাগটি শক্তিশালী অগ্রভাগ-স্তর মিথস্ক্রিয়ার কারণে স্তরটির হাইড্রোফিলিক অংশ জুড়ে স্ক্যান করে। এটি একটি অবস্থান সংবেদনশীল ডিটেক্টরে লেজার বিচ্যুতি দ্বারা সনাক্ত করা হয় তাই পৃষ্ঠের একটি রাসায়নিক প্রোফাইল চিত্র তৈরি করে। সাধারণত, একটি উজ্জ্বল এলাকা বিচ্যুতির বৃহত্তর প্রশস্ততার সাথে মিলে যায় তাই শক্তিশালী বন্ধন একটি সিএফএম চিত্র মানচিত্রের হালকা এলাকার সাথে মিলে যায়। যখন ক্যান্টিলিভার কার্যকারিতা এমনভাবে পরিবর্তন করা হয় যে সাবস্ট্রেটের হাইড্রোফোবিক অঞ্চলের মুখোমুখি হওয়ার সময় টিপটি বাঁকানো থাকে, তখন পরিপূরক চিত্রটি দেখা যায়। স্তরটির উপর অগ্রভাগ দ্বারা প্রয়োগ করা লম্ব লোডের পরিমাণের প্রতি ঘর্ষণ বলের প্রতিক্রিয়া চিত্র 4-এ দেখানো হয়েছে। অগ্রভাগ-স্তরের ক্রমবর্ধমান মিথস্ক্রিয়া একটি খাড়া ঢাল তৈরি করে, যেমনটি কেউ আশা করতে পারে। পরীক্ষামূলক গুরুত্ব হল যে পৃষ্ঠের বিভিন্ন কার্যকারিতার মধ্যে বৈপরীত্য বৃহত্তর লম্ব বল প্রয়োগের মাধ্যমে বাড়ানো যেতে পারে। অবশ্যই, এটি স্তরটির সম্ভাব্য ক্ষতির মূল্যে আসে। পরিবেষ্টনঃ তরল ক্যাপিলারি বলের পরিমাপ প্রসার্য বল পরিমাপের ক্ষেত্রে একটি বড় সমস্যা কারণ এটি কার্যকরভাবে অগ্রভাগ-পৃষ্ঠের মিথস্ক্রিয়াকে শক্তিশালী করে। এটি সাধারণত পরিবেষ্টিত পরিবেশ থেকে স্তরের উপর শোষিত আর্দ্রতার কারণে ঘটে। এই অতিরিক্ত বল দূর করার জন্য তরলের পরিমাপ করা যেতে পারে। তরল এল-এ এক্স-টার্মিনেটেড টিপ এবং সাবস্ট্রেটের সাথে, ফ্যাডের সংযোজনটি ডাব্লুএক্সএলএক্স = 2জিএলএল-এর সাথে ইক্যু 1 ব্যবহার করে গণনা করা হয়; অর্থাৎ, তরল অণুগুলির একে অপরের প্রতি আকর্ষণ থেকে অতিরিক্ত বল আসে। এটি ই. টি. ও. এইচ-এর জন্য ~ 10 পি. এন যা এখনও দুর্বলতম মেরু/অ-মেরু মিথস্ক্রিয়া (~ 20 পি. এন) পর্যবেক্ষণের অনুমতি দেয়। তরলের পছন্দ নির্ভর করে কোন মিথস্ক্রিয়া আগ্রহজনক তার উপর। যখন দ্রাবকটি কার্যকরী গোষ্ঠীর সাথে অমিশ্রণীয় হয়, তখন স্বাভাবিক অগ্রভাগ-পৃষ্ঠের চেয়ে বড় বন্ধন বিদ্যমান থাকে। অতএব, জৈব দ্রাবকগুলি ভ্যান ডার ওয়ালস এবং হাইড্রোজেন বন্ধন অধ্যয়নের জন্য উপযুক্ত, অন্যদিকে ইলেক্ট্রোলাইটগুলি হাইড্রোফোবিক এবং ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক শক্তি অনুসন্ধানের জন্য সর্বোত্তম। ন্যানোসাইন্সে প্রয়োগ ন্যানোস্কেল স্তরে সি. এফ. এম-এর জৈবিক বাস্তবায়ন হল কার্যকরী অগ্রভাগ এবং পৃষ্ঠ সহ প্রোটিনের উন্মোচন (চিত্র 5 দেখুন)। বর্ধিত যোগাযোগ এলাকার কারণে, অগ্রভাগ এবং পৃষ্ঠ প্রোটিন বান্ডিলগুলি ধরে রাখার জন্য নোঙ্গর হিসাবে কাজ করে যখন তারা পৃথক হয়। আনকোইলিং শুরু হওয়ার সাথে সাথে, আনকোইলিংয়ের বিভিন্ন পর্যায়কে নির্দেশ করে বলের প্রয়োজন হয়ঃ (1) বান্ডিলগুলিতে বিচ্ছেদ, (2) ভ্যান ডার ওয়ালস বাহিনী দ্বারা একসাথে ধরে রাখা স্ফটিক প্রোটিনের ডোমেনে বান্ডিল বিচ্ছেদ, এবং (3) গৌণ বন্ধন অতিক্রম করার পরে প্রোটিনের রৈখিককরণ। এই জটিল প্রোটিনগুলির অভ্যন্তরীণ কাঠামো সম্পর্কে তথ্য, পাশাপাশি উপাদানগুলির মিথস্ক্রিয়া সম্পর্কে আরও ভাল ধারণা এই পদ্ধতির মাধ্যমে সরবরাহ করা হয়। দ্বিতীয় বিবেচনার বিষয় হল অনন্য ন্যানোস্কেল উপাদানের বৈশিষ্ট্যগুলির সুবিধা নেওয়া। কার্বন ন্যানোটিউবগুলির উচ্চ দিক অনুপাত (সহজেই> 1000) গভীর বৈশিষ্ট্যযুক্ত চিত্র পৃষ্ঠগুলিতে ব্যবহার করা হয়। কার্বন উপাদানের ব্যবহার কার্যকরীকরণ রসায়নকে বিস্তৃত করে কারণ ন্যানোটিউব পার্শ্ব প্রাচীরের রাসায়নিক পরিবর্তনের অগণিত পথ রয়েছে (যেমন। ডায়াজোনিয়াম, সাধারণ অ্যালকাইল, হাইড্রোজেন, ওজোন/অক্সিজেন এবং অ্যামাইন সহ)। মাল্টিওয়াল ন্যানোটিউবগুলি সাধারণত তাদের অনমনীয়তার জন্য ব্যবহৃত হয়। তাদের প্রায় সমতলীয় প্রান্তের কারণে, নলের ব্যাস এবং দেয়ালের সংখ্যা জেনে সাবস্ট্রেটের সংস্পর্শে থাকা কার্যকরী গোষ্ঠীর সংখ্যা অনুমান করা যায় যা একক অংশের প্রসার্য বৈশিষ্ট্য নির্ধারণে সহায়তা করে। অবশ্যই, এই পদ্ধতির উপজাতি বিজ্ঞানেও সুস্পষ্ট প্রভাব রয়েছে। তথ্যসূত্র মাইক্রোস্কোপি স্ক্যানিং প্রোব মাইক্রোস্কোপি