Centaur I - комплекс, сочетающий сканирующий зондовый микроскоп, конфокальный микроскоп/спектрометр
Centaur I – комплекс, сочетающий сканирующий зондовый микроскоп (атомно-силовой микроскоп), конфокальный микроскоп/спектрометр для получения спектров рамановского (комбинационного) рассеяния и флюоресценции и спектральных изображений, конфокальный лазерный микроскоп и оптический инвертированный микроскоп
Комплекс Centaur I разработан для комплексных исследований физических свойств поверхности методами классической оптической микроскопии, конфокальной лазерной микроскопии, конфокальной спектроскопии и сканирующей зондовой микроскопии (атомно-силовой микросокопии). Он позволяет получать полные спектры рамановского (комбинационного или КР) рассеяния и/или флюоресценции, конфокальные лазерные и конфокальные спектральные изображения (картирование поверхности), СЗМ (АСМ) изображения. Конструкция комплекса Centaur I позволяет использовать как отдельные методики (например, конфокальная микроскопия/спектроскопия), так и проводить совмещение методик (включая совмещение полей сканирования, АСМ/Раман исследования и т.д.).
Centaur I совмещает в себе:
- сканирующий зондовый микроскоп (атомно-силовой микроскоп в базовой комплектации) для изучения топографии поверхности и других её локальных характеристик;
- классический прямой оптический микроскоп исследовательского класса для отображения объекта исследований и совмещения методик исследования (наведения зонда на объект исследований или позиционирование образца относительно лазерного пятна);
- конфокальный лазерный микроскоп (конфокальная сканирующая лазерная микроскопия в отраженном свете, в качестве детектора используется ФЭУ, сканирование проводится образцом);
- конфокальный микроскоп комбинационного (рамановского) рассеяния (конфокальная спектральная микроскопия) с детектором на основе ПЗС-матрицы для научных исследований;
- конфокальный флюоресцентный микроскоп (конфокальная спектральная микроскопия) с детектором на основе ПЗС-матрицы для научных исследований;
- спектрометр комбинационного (рамановского) рассеяния (спектроскопия в точке) с детектором на основе ПЗС-матрицы для научных исследований;
- спектрометр флюоресценции (спектроскопия в точке) с детектором на основе ПЗС-матрицы для научных исследований;
В конструкцию комплекса Centaur I заложены принципы которые позволяют проводить не только независимые исследования топографии и спектральных характеристик поверхности с высоким разрешением, но и получать совместно спектрально-топографические характеристики исследуемых объектов (Раман-СЗМ и Флюоресценция-СЗМ). Благодаря этому возможно сделать однозначное сопоставление топографии поверхности с её структурой и составом. Кроме того, Centaur I позволяет получать отдельный спектр в каждой исследуемой точке (FSI - Full Spectral Imaging, Chemical imaging), а не только интенсивность по строго выбранному спектральному признаку как у приборов предыдущих поколений.
Сочетание спектроскопии рамановского (комбинационного) рассеяния и сканирующей зондовой микроскопии (атомно-силовой микроскопии) в комплексе Centaur I применимо для проведения исследования в области физики, химии, биологии, междисциплинарных наук, таких как материаловедение, фармацевтика, биотехнологии и нанотехнологии. Это изучение состава, структуры и взаимодействия органических и неорганических веществ, особенностей структуры биологических клеток и микроэлектромеханических систем (MEMS) и многое другое.
| A | Оптический микроскоп | K | Конденсор | 1 | Входящее излучение | 11 | Призма | |
| B | Оптико-механический модуль | L | Осветитель | 2 | Входящее очищенное излучение | 12 | Нейтральный фильтр переменной плотности | |
| C | Монохроматор | M | ФЭУ для конфокальной лазерной микроскопии | 3 | Вторичное излучение (раман/флюоресценция) | 13 | Двухкоординатня щель (диафрагма) | |
| D | Лазер | N | Уширитель пучка | 4 | Вход/выход излучения перпендикулярно устройству на схеме | 14 | Турель с дифракционными решетками | |
| E | Сканирующее основание | O | Предмонохроматор | 5 | Расщепитель пучка | |||
| F | Сканирующая головка | P | Коллиматор | 6 | Зеркало | |||
| G | Перископ | Q | Референсный ФЭУ | 7 | Краевой режекторный фильтр | |||
| H | Однокоординатная подвижка для объектива | R | Одноканальный детектор | 8 | Сферическое зеркало | |||
| I | Образец | S | ПЗС-матрица для конфокальной спектральной микроскопии/спектроскопии | 9 | Линза | |||
| J | Видеокамера | 10 | Поляризатор/анализатор |
Реализованные на Centaur I приложения:
- сканирующая зондовая микроскопия (атомно-силовая микроскопия, магнитно-силовая микроскопия, сканирование зондом Кельвина и другие методики сканирующей зондовой микроскопии) для визуализации поверхности объектов исследования с высоким разрешением и распределения локальных характеристик поверхности (в зависимости от используемой методики). Использование двух 3D (XYZ) сканеров позволяет проводить сканирование и позиционирование как образцом, так и основанием;
- сканирующая конфокальная микроскопия комбинационного рассеяния (рамановская микроскопия) для визуализации распределения веществ или объектов на поверхности или в объеме образца и их характеризации;
- спектроскопия рамановского (комбинационного) рассеяния для характеризации состава объекта исследования в точке. Включая функцию панорамного спектра для использования всего доступного спектрального диапазона;
- сканирующая конфокальная микроскопия флюоресценции (конфокальная флюоресцентная микроскопия) для визуализации распределения веществ или объектов на поверхности или в объёме образца;
- флюоресцентная спектроскопия для определения состава объекта исследования в точке. Включая функцию панорамного спектра;
- конфокальная лазерная микроскопия для получения оптических изображений высокой контрастности для визуализации поверхности или слоёв в объёме образца. Включая получение послойных объёмных оптических изображений;
- ближнепольная сканирующая микроскопия и спектроскопия для получения оптических и спектральных характеристик объектов с высоким разрешением;
- усиленная рамановская спектроскопия (TERS - Tip-Enhanced Raman Scattering);
- усиленная флуоресцентная спектроскопия (TEFS - Tip-Enhanced Fluorescent Spectroscopy);
- традиционные методики оптической микроскопии. Включая получение послойных объёмных оптических изображений.
Области применения Centaur I:
- химия. Комбинация методов сканирующей зондовой микроскопии (атомно-силовой микроскопии), оптической микроскопии, спектроскопии комбинационного (рамановского) рассеяния или флюоресцентной спектроскопии позволяет проводить анализ состава и структуры органических и неорганических веществ, традиционных и композитных материалов, получать распределение в поверхности и/или объёме различных соединений и сопоставлять особенности морфологии образцов со спектральными данными;
- физика. Исследование физических характеристик поверхности и приповерхностных слоёв веществ и материалов;
- биология. Изучение тканей, клеток и их структур, биологических молекул и их взаимодействий. Исследования в области взаимодействия имплантатов с биологическими объектами;
- междисциплинарные исследования. Исследования в области нанотехнологий, фармацевтики, материаловедения, минералогии, геологии, геммологии, криминалистики, анализа предметов искусства и многих других.
Преимущества Centaur I:
- совместная работа сканирующего основания Ratis (сканирующий пьезостолик) и сканирующей головки СЗМ Certus для проведения сканирования и позиционирования как зондом, так и образцом;
- две независимые конфокальные схемы для получения лазерных конфокальных изображений и конфокальных (рамановских и флюоресцентных) изображений;
- использование ёмкостных датчиков для точного позиционирования и обеспечения высокой точности удержания и перемещения зонда или образца при сканировании. Высокая точность при операциях подвода/отвода и сканировании участков с различным разрешением и/или размерами;
- функция автоматической фокусировки (автофокус) на поверхности или в объёме по оптическим изображениям и по интенсивности сигнала отраженного лазерного излучения благодаря использованию однокоординатной пьезоподвижки Vectus;
- получение послойных 3D оптических и конфокальных оптических и спектральных изображений;
- одновременное получение информации о топографии поверхности, спектральных и оптических характеристиках при использовании методик сканирования по разным каналам и при совмещении полей сканирования (СЗМ/Раман/конфокальная микроскопия);
- получение спектра флюоресценции и/или комбинационного (рамановского) в каждой точке поверхности сканирования;
- использование методик традиционной оптической микроскопии для визуализации поверхности исследуемых образцов и точного позиционирования;
- низкий уровень шумов за счет горизонтального расположения оптико-механического модуля;
- конструкция СЗМ головки Certus и сканирующего пьезостолика Ratis разработана для работы с оптическим оборудованием, что позволяет проводить полную интеграцию с прямыми и/или инвертированными оптическими микроскопами для работы с прозрачными и непрозрачными образцами, устанавливать дополнительные объективы, детекторы и источники излучения;
- получение панорамных спектров с использованием полного спектрального диапазона дифракционных решеток для получения полных спектров рамановского рассеяния и флюоресценции;
- единый контроллер и программное обеспечение для полноценной совместной работы оборудования входящего в состав Centaur U.
В состав Centaur I входят:
- сканирующая СЗМ головка Certus для осуществления методик сканирования зондом (XYZ) и позиционирования зонда;
- сканирующее основание Ratis для работы с методиками сканирования образцом и позиционирования образца (XYZ) относительно зонда или лазерного пятна;
- два независимых конфокальных модуля для лазерной конфокальной микроскопии (в качестве детектора используется ФЭУ) и спектральной конфокальной микроскопии/спектроскопии (в качестве детектора используется ПЗС матрица для научных исследований);
- монохроматор для получения спектров;
- источник лазерного излучения (твердотельный лазер с диодной накачкой - DPSS, для рамановской спектроскопии);
- инвертированный оптический микроскоп исследовательского класса с набором объективов;
- однокоординатная пьезоподвижка Vectus для автоматической или полуавтоматической фокусировки, оптического сканирования по оси Z;
- механическая подвижка для объектива для грубой полуавтоматической фокусировки (управляема с компьютера);
- контроллер управления основными частями Centaur I EG-3000;
- рабочая станция (персональный компьютер);
- единое программное обеспечение NSpec.
| A - сканирующее основание Ratis | F - контроллер EG-3000 |
| B - сканирующая головка Certus | G - оптико-механический модуль |
| C - Z-подвижка для объектива Vectus | H - спектрометр (монохроматор и детекторы излучения - ПЗС, ЛФД и др.) |
| D - видеокамера | I - перископическая система сопряжения с микроскопом |
| E - оптический микроскоп (Olympus IX 71) | J - оптический стол |
Рамановский спектр углеродных нанотрубок.
Демонстрация получения спектральной информации из изображения участка поверхности, содержащего углеродные нанотрубки.
Углеродные нанотрубки на поверхности стекла. Конфокальное рамановское (КР) изображение. Один слой сканирования.
Размер изображения 25х25 μм. 100х100 точек. Время накопления в точке 0,05 секунды.
На видео отображается полученное изображение и базовые операции по выделению нанотрубок на поверхности.
Изображения получены с помощью комплекса Centaur в режиме конфокального рамановского микроскопа.
Образец представлен профессором Неволиным В.К. (МИЭТ) www.nanotube.ru.
 |
 |
 |
 |
Нано Скан Технология
доступные инновации
