AF-MICROSCOOP VOELT PER ATOOM VERSCHILLEN IN BINDINGSKRACHT

Valt het al niet mee geblinddoekt en met bokshandschoenen aan verschillende soorten fruit te herkennen door er zachtjes in te knijpen, natuurkundigen van de universiteit van Basel hebben het zich nog moeilijker gemaakt door een soortgelijk experiment uit te voeren met atomen. Gebruikmakend van de scherpe naald (tip) van een atomaire krachtmicroscoop (AFM) wisten ze kleine verschillen in stijfheid van siliciumatomen aan het oppervlak van een kristal aan het licht te brengen. Deze techniek om de elastische eigenschappen van atomen en moleculen met een AFM te beproeven kan nu ook worden toegepast op biologische moleculen als eiwitten en op volledige cellen (Science, 30 maart).

De AFM is het jongere broertje van de Scanning Tunneling Microscoop. Die ontleent zijn werking aan het meten van minieme stroompjes tussen tip en oppervlak en werkt daarom uitsluitend wanneer het te bestuderen monster geleidend is. De AFM heeft dat nadeel niet doordat hij de kracht meet tussen het uiterste atoom van de tip en elk afzonderlijk atoom op het oppervlak. Hoewel met de AFM inderdaad afbeeldingen konden worden gemaakt van afzonderlijke atomen, was het opvallend dat elk oppervlak er volmaakt regelmatig uitzag en dat er nergens ook maar één atoom ontbrak. Later bleek dat de tip meestal vrij bot is en er dus vele atomen zijn die met elkaar de kracht tussen tip en oppervlak bepalen. Het is alsof je twee wasborden over elkaar heen schuift: zelfs wanneer er in een van de twee een volledige hobbel is afgesleten, zorgen de andere hobbels er wel voor dat de beweging keurig de regelmatige stapjes volgt.

Mark Lantz en zijn collega's pakten het om die reden anders aan. Ze lieten de tip steeds tot vlak boven het oppervlak naderen, totdat deze door het er direct onder liggende atoom aangetrokken werd. Op dat moment trokken ze de tip snel terug. Door deze beweging te herhalen ontstaat een trilling waarvan de frequentie mede afhangt van de mechanische eigenschappen (stijfheid) van het oppervlak: net als het zachtjes kloppen op een harde appel anders aanvoelt dan op een tomaat. Hoewel in dit geval uitsluitend siliciumatomen werden betast, traden er toch verschillen in stijfheid aan het licht, omdat oppervlakte-atomen op verschillende manieren gebonden zijn aan hun verder naar binnen gelegen buren.

De techniek moet nu verder worden verbeterd, bijvoorbeeld door gebruik te maken van scherpere tips. Daarvoor zouden koolstof buckybuisjes goed van pas kunnen komen. Want het wordt heel wat eenvoudiger als die bokshandschoen kan worden uitgetrokken.