Российские ученые из Москвы (МФТИ, НТ-МДТ Спектрум Инструментс) и Петербурга (ИТМО) совместно с португальскими коллегами (университет Авейро) разработали уникальный метод атомно-силовой микроскопии (АСМ), с использованием которого впервые смогли измерить электромеханические свойства пептидных нанотрубок диаметром менее 100 нм.
Традиционно, анализ пьезоэлектрических свойств наноструктур в АСМ производится посредством контактной силовой микроскопии пьезоотклика (СМП). Данный метод основан на регистрации механического отклика образца, внесенного в переменное электрическое поле, которое создается посредством подачи переменного напряжения на проводящее остриё зондового датчика, касающееся поверхности образца. Метод СМП позволяет характеризовать компоненты пьезоэлектрического тензора dij, а также картировать направление поляризации с пространственным разрешением, ограниченным, как правило, радиусом закругления зонда (30÷50 нм).
Одними из наиболее интересных для исследования пьезоэлектрических свойств органических материалов на сегодняшний день являются молекулярные кристаллы на основе самосборки пептидных структур. Они легко конфигурируются с помощью изменения набора аминокислот, могут образовывать монослои, нанотрубки, стержни, сферы и т.д., обладают высоким модулем Юнга по сравнению с другими молекулярными кристаллами, биосовместимы, просты и дешевы в производстве. На данный момент существует ряд работ, посвященных исследованию пептидных трубок дифенилаланина с применением контактной сканирующей микроскопии пьезоотклика. Недостатком данного подхода является высокая вероятность разрушения объектов зондом АСМ.
Схематическое изображение взаимодействия зонда с нанотрубкой в переменном электрическом поле (по материалам сайта www.ria.ru)
Предложенным в работе методом измерения пьезоотклика, основанном на прыжковой силовой микроскопии (коммерческое название HybriD Mode), исследователям удалось воспроизводимо получать карту распределения пьезоэлектрических и механических свойств пептидных трубок диаметром менее 100 нм без искажений, связанных с их смещением или разрушением.
Рельеф, адгезия, модуль Юнга и латеральный пьезоотклик. Размер скана: 7×7 мкм
Результаты работы опубликованы в журнале Ultramicroscopy.
