القوة الذرية المجهرية المسافة البادئة القائمة على الكابولي: قياسات الخواص الميكانيكية على المستوى النانوي في الهواء والسوائل

Summary

يتيح تحديد منطقة التلامس والقوة المطبقة بواسطة طرف مسبار مجهر القوة الذرية (AFM) على سطح العينة تحديد الخصائص الميكانيكية النانوية. تمت مناقشة أفضل الممارسات لتنفيذ المسافة البادئة النانوية القائمة على الكابولي AFM في الهواء أو السائل على العينات اللينة والصلبة لقياس معامل المرونة أو الخواص الميكانيكية النانوية الأخرى.

Abstract

يقيس مجهر القوة الذرية (AFM) بشكل أساسي التفاعل بين طرف مسبار AFM النانوي وسطح العينة. إذا كان من الممكن قياس القوة التي يطبقها طرف المسبار ومنطقة ملامسته للعينة ، فمن الممكن تحديد الخواص الميكانيكية النانوية (على سبيل المثال ، معامل المرونة أو يونغ) للسطح الذي يتم فحصه. يتم توفير إجراء مفصل لإجراء تجارب المسافة البادئة النانوية الكمية القائمة على الكابولي AFM هنا ، مع أمثلة تمثيلية لكيفية تطبيق هذه التقنية لتحديد الوحدات المرنة لمجموعة متنوعة من أنواع العينات ، بدءا من kPa إلى GPa. وتشمل هذه الخلايا الجذعية الوسيطة الحية (MSCs) والنوى في المخزن المؤقت الفسيولوجي ، والمقاطع العرضية لصنوبر لوبلولي المجففة المضمنة في الراتنج ، وصخر باكين بتركيبة مختلفة.

بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدام المسافة البادئة النانوية القائمة على الكابولي AFM لاستكشاف قوة التمزق (أي قوة الاختراق) لطبقات الفوسفوليبيد المزدوجة. تتم مناقشة الاعتبارات العملية المهمة مثل اختيار الطريقة وتطويرها ، واختيار المسبار ومعايرته ، وتحديد منطقة الاهتمام ، وعدم تجانس العينة ، وحجم الميزة ونسبة العرض إلى الارتفاع ، وتآكل الطرف ، وخشونة السطح ، وتحليل البيانات وإحصاءات القياس للمساعدة في التنفيذ السليم للتقنية. أخيرا ، يتم توضيح التوطين المشترك للخرائط الميكانيكية النانوية المشتقة من AFM مع تقنيات الفحص المجهري الإلكتروني التي توفر معلومات إضافية بشأن التركيب العنصري.

Introduction

يعد فهم الخواص الميكانيكية للمواد أحد أهم المهام الأساسية والأساسية في الهندسة. لتحليل خصائص المواد السائبة ، هناك العديد من الطرق المتاحة لتوصيف الخواص الميكانيكية لأنظمة المواد ، بما في ذلك اختبارات الشد¹ ، واختبارات الضغط² ، واختبارات الانحناء (الانحناء) ثلاثية أو أربع نقاط³. في حين أن هذه الاختبارات المجهرية يمكن أن توفر معلومات لا تقدر بثمن فيما يتعلق بخصائص المواد السائبة ، إلا أنها تجرى بشكل عام للفشل ، وبالتالي فهي مدمرة. بالإضافة إلى ذلك ، فإنها تفتقر إلى الدقة المكانية اللازمة للتحقيق بدقة في الخصائص الدقيقة والنانوية للعديد من أنظمة المواد التي تهم اليوم ، مثل الأغشية الرقيقة والمواد البيولوجية والمركبات النانوية. للبدء في معالجة بعض المشاكل المتعلقة بالاختبارات الميكانيكية واسعة النطاق ، وخاصة طبيعتها المدمرة ، تم اعتماد اختبارات الصلابة الدقيقة من علم المعادن. الصلابة هي مقياس لمقاومة المادة لتشوه البلاستيك في ظل ظروف محددة. بشكل عام ، تستخدم اختبارات الصلابة الدقيقة مسبارا صلبا ، عادة ما يكون مصنوعا من الفولاذ المقوى أو الماس ، لوضع مسافة بادئة في مادة. يمكن بعد ذلك استخدام عمق المسافة البادئة الناتج و / أو المساحة لتحديد الصلابة. تم تطوير عدة طرق ، بما في ذلك صلابة فيكرز⁴ و Knoop⁵ و Brinell⁶ . يوفر كل منها مقياسا لصلابة المواد المجهرية ، ولكن في ظل ظروف وتعريفات مختلفة ، وعلى هذا النحو ينتج فقط البيانات التي يمكن مقارنتها بالاختبارات التي يتم إجراؤها في ظل نفس الظروف.

تم تطوير المسافة البادئة النانوية الآلية لتحسين القيم النسبية التي تم الحصول عليها من خلال طرق اختبار الصلابة الدقيقة المختلفة ، وتحسين الدقة المكانية الممكنة لتحليل الخواص الميكانيكية ، وتمكين تحليل الأغشية الرقيقة. الأهم من ذلك ، من خلال استخدام الطريقة التي طورها أوليفر وفار⁷ لأول مرة ، يمكن تحديد معامل المرونة أو يونغ ، E ، لعينة المادة عن طريق المسافة البادئة النانوية الآلية. علاوة على ذلك ، من خلال استخدام مسبار بيركوفيتش الهرمي ثلاثي الجوانب (الذي تتطابق وظيفة منطقة طرفه المثالية مع وظيفة مسبار فيكرز الهرمي رباعي الجوانب)⁸ ، يمكن إجراء مقارنة مباشرة بين قياسات الصلابة النانوية والأكثر تقليدية على نطاق مصغر. مع نمو شعبية AFM ، بدأت المسافة البادئة النانوية القائمة على الكابولي AFM تحظى بالاهتمام أيضا ، خاصة لقياس الخواص الميكانيكية للمواد الأكثر ليونة. نتيجة لذلك ، كما هو موضح بشكل تخطيطي في الشكل 1 ، فإن التقنيتين الأكثر استخداما اليوم لاستجواب وقياس الخواص الميكانيكية النانوية هما المسافة البادئة النانوية الآلية (الشكل 1 أ) والمسافة البادئة النانوية القائمة على الكابولي AFM (الشكل 1 ب) ⁹ ، وهذا الأخير هو محور هذا العمل.

الشكل 1: مقارنة بين أنظمة المسافة البادئة النانوية القائمة على الكابولي و AFM. مخططات تخطيطية تصور أنظمة نموذجية لإجراء (أ) المسافة البادئة النانوية الآلية و (ب) المسافة البادئة النانوية القائمة على الكابولي AFM. تم تعديل هذا الرقم من Qian et ^al.51. اختصار: AFM = مجهر القوة الذرية. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

تستخدم كل من المسافة البادئة النانوية القائمة على الأجهزة و AFM مسبارا صلبا لتشويه سطح عينة محل الاهتمام ومراقبة القوة الناتجة والإزاحة كدالة للوقت. عادة ، يتم تحديد ملف تعريف الإزاحة للحمل المطلوب (أي القوة) أو (Z-piezo) من قبل المستخدم عبر واجهة البرنامج ويتم التحكم فيه مباشرة بواسطة الأداة ، بينما يتم قياس المعلمة الأخرى. الخاصية الميكانيكية التي يتم الحصول عليها غالبا من تجارب المسافة البادئة النانوية هي معامل المرونة (E) ، والذي يشار إليه أيضا باسم معامل يونغ ، والذي يحتوي على وحدات ضغط. معامل المرونة للمادة هو خاصية أساسية تتعلق بصلابة الرابطة ويتم تعريفه على أنه نسبة إجهاد الشد أو الانضغاط (σ ، القوة المطبقة لكل وحدة مساحة) إلى الإجهاد المحوري (ε ، التشوه النسبي على طول محور المسافة البادئة) أثناء التشوه المرن (أي القابل للانعكاس أو المؤقت) قبل ظهور تشوه البلاستيك (المعادلة [1]):

(1)

تجدر الإشارة إلى أنه نظرا لأن العديد من المواد (خاصة الأنسجة البيولوجية) هي في الواقع لزجة مرنة ، في الواقع ، يتكون المعامل (الديناميكي أو المعقد) من مكونات مرنة (تخزين ، في الطور) ولزجة (خسارة ، خارج الطور). في الممارسة الفعلية ، ما يتم قياسه في تجربة المسافة البادئة النانوية هو المعامل المختزل ، E * ، المرتبط بمعامل العينة الحقيقي محل الاهتمام ، E ، كما هو موضح في المعادلة (2):

(2)

حيث E_tip و ν tip هما معامل المرونة ونسبة بواسون ، على التوالي ، لطرف nanoindenter ، و ν هي نسبة بواسون المقدرة للعينة. نسبة بواسون هي النسبة السالبة للإجهاد المستعرض إلى المحوري ، وبالتالي تشير إلى درجة الاستطالة المستعرضة للعينة عند تعرضها لإجهاد محوري (على سبيل المثال ، أثناء تحميل المسافة البادئة النانوية) ، كما هو موضح في المعادلة (3):

(3)

التحويل من المعامل المختزل إلى المعامل الفعلي ضروري لأن أ) قد يتم تحويل بعض الإجهاد المحوري الذي ينقله طرف المسافة البادئة إلى إجهاد عرضي (أي أن العينة قد تتشوه عن طريق التمدد أو الانكماش عموديا على اتجاه التحميل) ، و ب) الطرف البادئ ليس صعبا بشكل لا نهائي ، وبالتالي فإن فعل المسافة البادئة للعينة يؤدي إلى بعض (صغير) تشوه الطرف. لاحظ أنه في الحالة التي يكون فيها_طرف E >> E (أي أن طرف المسافة البادئة أصعب بكثير من العينة ، وهو ما يكون صحيحا غالبا عند استخدام مسبار الماس) ، فإن العلاقة بين معامل العينة المختزلة والفعلية تبسط إلى حد كبير إلى E ≈ E * (1 – v²). في حين أن المسافة البادئة النانوية الآلية متفوقة من حيث توصيف القوة الدقيق والنطاق الديناميكي ، فإن المسافة البادئة النانوية القائمة على الكابولي AFM أسرع ، وتوفر أوامر من حيث الحجم قوة أكبر وحساسية إزاحة ، وتمكن من تصوير عالي الدقة وتحسين تحديد موقع المسافة البادئة ، ويمكنها في نفس الوقت التحقيق في الخصائص المغناطيسية والكهربائية النانوية⁹. على وجه الخصوص ، تعتبر المسافة البادئة النانوية القائمة على الكابولي AFM متفوقة في القياس الكمي للخصائص الميكانيكية على المستوى النانوي للمواد اللينة (على سبيل المثال ، البوليمرات ، والمواد الهلامية ، والطبقات الثنائية الدهنية ، والخلايا أو المواد البيولوجية الأخرى) ، والأغشية الرقيقة للغاية (دون ميكرومتر) (حيث يمكن أن تلعب تأثيرات الركيزة دورا اعتمادا على عمق المسافة البادئة)^10،11 ، والمواد المعلقة ثنائية الأبعاد (2D)¹²،^13،14 مثل الجرافين 15^،16 ، الميكا¹⁷ ، نيتريد البورون السداسي (h-BN) ¹⁸ ، أو ديكالكوجينيدات المعادن الانتقالية (TMDCs ؛ على سبيل المثال ، MoS₂) ¹⁹. ويرجع ذلك إلى قوتها الرائعة (sub-nN) وحساسية الإزاحة (sub-nm) ، وهو أمر مهم لتحديد نقطة الاتصال الأولية بدقة والبقاء داخل منطقة التشوه المرن.

في المسافة البادئة النانوية القائمة على الكابولي AFM ، يتم تشغيل إزاحة مسبار AFM نحو سطح العينة بواسطة عنصر كهرضغطية معاير (الشكل 1 ب) ، مع انحناء الكابولي المرن في النهاية بسبب قوة المقاومة التي يتعرض لها عند ملامسته لسطح العينة. عادة ما يتم مراقبة هذا الانحناء أو الانحراف للناتئ عن طريق عكس الليزر من الجزء الخلفي من الكابولي إلى كاشف ضوئي (كاشف حساس للموضع [PSD]). إلى جانب معرفة صلابة الكابولي (في nN / nm) وحساسية الانحراف (في nm / V) ، من الممكن تحويل هذا الانحراف الكابولي المقاس (في V) إلى القوة (في nN) المطبقة على العينة. بعد الاتصال ، ينتج عن الفرق بين حركة Z-piezo وانحراف الكابولي عمق المسافة البادئة للعينة. إلى جانب معرفة وظيفة منطقة الطرف ، يتيح ذلك حساب منطقة تلامس عينة الطرف. يمكن بعد ذلك ملاءمة ميل الأجزاء الملامسة لمنحنيات مسافة القوة أو إزاحة القوة (F-D) الناتجة باستخدام نموذج ميكانيكا اتصال مناسب (انظر قسم تحليل البيانات في المناقشة) لتحديد الخواص النانوية الميكانيكية للعينة. في حين أن المسافة البادئة النانوية القائمة على الكابولي AFM تمتلك بعض المزايا المميزة على المسافة البادئة النانوية الآلية كما هو موضح أعلاه ، فإنها تقدم أيضا العديد من تحديات التنفيذ العملي ، مثل المعايرة وتآكل الأطراف وتحليل البيانات ، والتي سيتم مناقشتها هنا. الجانب السلبي المحتمل الآخر للمسافة البادئة النانوية القائمة على الكابولي AFM هو افتراض المرونة الخطية ، حيث يجب أن يكون نصف قطر التلامس وأعماق المسافة البادئة أصغر بكثير من نصف قطر المسافة البادئة ، والذي قد يكون من الصعب تحقيقه عند العمل مع مجسات AFM النانوية و / أو العينات التي تظهر خشونة سطح كبيرة.

تقليديا ، اقتصرت المسافة البادئة النانوية على المواقع الفردية أو تجارب المسافة البادئة للشبكة الصغيرة ، حيث يتم تحديد الموقع المطلوب (أي منطقة الاهتمام [ROI]) ويتم إجراء مسافة بادئة واحدة خاضعة للرقابة ، ومسافات بادئة متعددة في موقع واحد مفصولة ببعض وقت الانتظار ، و / أو شبكة خشنة من المسافات البادئة بمعدل هرتز. ومع ذلك ، فإن التطورات الحديثة في AFM تسمح بالحصول على الخواص الميكانيكية والطوبوغرافيا في وقت واحد من خلال استخدام أوضاع التصوير القائمة على منحنى القوة عالية السرعة (المشار إليها بأسماء تجارية مختلفة اعتمادا على الشركة المصنعة للنظام) ، حيث يتم إجراء منحنيات القوة بمعدل kHz تحت التحكم في الحمل ، مع استخدام أقصى قوة لعينة الطرف كنقطة ضبط للتصوير. كما تم تطوير طرق التأشير والتصوير ، مما يسمح بالحصول على صورة تضاريس AFM متبوعة بمسافة بادئة نانوية انتقائية لاحقة في نقاط الاهتمام داخل الصورة ، مما يوفر تحكما مكانيا نانويا على موقع المسافة البادئة النانوية. على الرغم من أنه ليس التركيز الأساسي لهذا العمل ، إلا أن أمثلة تطبيقية مختارة محددة لكل من التصوير القائم على منحنى القوة والمسافة البادئة النانوية القائمة على النقطة والتصوير الكابولي معروضة في النتائج التمثيلية ، ويمكن استخدامها جنبا إلى جنب مع البروتوكول الموضح أدناه إذا كان متاحا على منصة AFM المحددة المستخدمة. على وجه التحديد ، يحدد هذا العمل بروتوكولا معمما للتنفيذ العملي للمسافة البادئة النانوية القائمة على الكابولي AFM على أي نظام AFM قادر ويقدم أربعة أمثلة لحالة الاستخدام (اثنان في الهواء ، واثنان في السوائل) للتقنية ، بما في ذلك النتائج التمثيلية ومناقشة متعمقة للفروق الدقيقة والتحديات والاعتبارات المهمة لاستخدام التقنية بنجاح.

Protocol

ملاحظة: نظرا للتنوع الكبير في AFMs المتاحة تجاريا وتنوع أنواع العينات والتطبيقات الموجودة للمسافة البادئة النانوية القائمة على الكابولي ، فإن البروتوكول التالي مصمم عن قصد ليكون عاما نسبيا بطبيعته ، مع التركيز على الخطوات المشتركة اللازمة لجميع تجارب المسافة البادئة النانوية القائمة على…

Representative Results

منحنيات إزاحة القوةيوضح الشكل 7 منحنيات F-D التمثيلية شبه المثالية التي تم الحصول عليها من تجارب المسافة البادئة النانوية التي أجريت في الهواء على عينات صنوبر لوبلولي المضمنة بالراتنج (الشكل 7A) وفي السائل (محلول ملحي مخزن بالفوسفات [PBS]) على نوى الخلايا الجذعية ال…

Discussion

إعداد العينة
بالنسبة للمسافة البادئة النانوية في الهواء ، تشمل طرق التحضير الشائعة التقسيم بالتبريد (على سبيل المثال ، عينات الأنسجة) ، والطحن و / أو التلميع متبوعا بالموجات الدقيقة الفائقة (على سبيل المثال ، العينات البيولوجية المضمنة بالراتنج) ، أو الطحن الأيوني أو تحضير الحز…

Materials

Atomic force microscope	Bruker	Dimension Icon	Uses Nanoscope control software, including PeakForce Quantitative Nanomechanical Mapping (PF-QNM), FastForce Volume (FFV), and Point-and-Shoot Ramping experimental workspaces
AtomicJ	American Institute of Physics	https://doi.org/10.1063/1.4881683	Flexible, powerful, free open source Java-based force curve analysis software package. Supports numerous contact mechanic models, such as Hertz, Sneddon DMT, JKR, Maugis, and cone or pyramid (including blunt and truncated). Also includes a variety of initial contact point estimation methods to choose from. Supports batch processing of data and subsequent statistical analysis (e.g., averages, standard deviations, histograms, goodness of fit, etc.). Literature citation is: P. Hermanowicz, M. Sarna, K. Burda, and H. Gabry, “AtomicJ: An open source software for analysis of force curves” Rev. Sci. Instrum. 85: 063703 (2014), https://doi.org/10.1063/1.4881683
Buffer solution (PBS)	Fisher Chemical (NaCl), Sigma Aldrich (KCl), Fisher BioReagents (Na2HPO4 and KH2PO4)	S271 (>99% purity NaCl), P9541 (>99% purity KCl), BP332(>99% purity Na2HPO4), BP362 (>99% purity KH2PO4)	Phosphate buffered saline (PBS) was prepared in the laboratory as an aqueous solution consisting of 137 mM NaCl, 2.7 mM KCl, 10 mM Na2HPO4, and 1.8 mM KH2PO4 dissolved in ultrapure water. Reagents were measured out using an analytical balance, and glassware was cleaned with soap and water followed by autoclaving immediately prior to use.
Chloroform
Diamond tip AFM probe	Bruker	PDNISP	Pre-mounted factory-calibrated cube corner diamond (E = 1140 GPa) tip AFM probe (nominal R = 40 nm) with a stainless steel cantilever (nominal k = 225 N/m, f0 = 50 kHz). Spring constant is measured at the factory (k = 256 N/m for the probe, Serial #13435414, used here) and calibration data (including AFM images of indents showing probe geometry) is provided with the probe.
Diamond ultramicrotome blade	Diatome	Ultra 35°	2.1 mm width. Also used a standard glass blade for intial rough cut of sample surface before transitioning to diamond blade for final surface preparation
Epoxy	Gorilla Glue	26853-31-6	Epoxy resin and hardner were mixed in a 1:1 ratio, a small drop was placed on a stainless steel sample puck (Ted Pella), and V1 grade muscovite mica (Ted Pella) was attached to create an atomically flat surface for preparation of phospholipid membranes.
Ethanol
LR white resin, medium grade (catalyzed)	Electron Microscopy Sciences	14381	500 mL bottle, Lot #150629
Mesenchymal stem cells (MSCs)	N/A	N/A	MSCs for nanomechanical studies were primary cells harvested from 8-10 week old male C57BL/6 mice as described in Goelzer, M. et al. "Lamin A/C Is Dispensable to Mechanical Repression of Adipogenesis" Int J Mol Sci 22: 6580 (2021) doi:10.3390/ijms22126580 and Peister, A. et al. "Adult stem cells from bone marrow (MSCs) isolated from different strains of inbred mice vary in surface epitopes, rates of proliferation, and differentiation potential" Blood 103: 1662-1668 (2004), doi:10.1182/blood-2003-09-3070.
Modulus standards	Bruker	PFQNM-SMPKIT-12M	Used HOPG (E = 18 GPa) and PS (E = 2.7 GPa). Also contains 2x PDMS (Tack 0, E = 2.5 MPa; Tack 4, E = 3.5 MPa), PS-LDPE (E = 2.0/0.2 GPa), fused silica (E = 72.9 GPa), sapphire (E – 345 GPa), and tip characterization (titanium roughness) sample. All samples come pre-mounted on a 12 mm diameter steel disc (sample puck).
Muscovite mica	Ted Pella	50-12	12 mm diameter, V1 grade muscovite mica
Nanscope Analysis	Bruker	Version 2.0	Free AFM image processing and analysis software package, but designed for, and proprietary/limited to Bruker AFMs; similar functionality is available from free, platform-independent AFM image processing and analysis software packages such as Gwyddion, WSxM, and others. Has built-in capabilities for force curve analysis, but AtomicJ is more flexible/full featured (e.g., more built-in contact mechanics models to choose from, statistical analysis of force curve fitting results, etc.) for force curve analysis and handles batch processing of force curves.
Phospholipids: POPC, Cholesterol (ovine)	Avanti Polar Lipids	POPC: CAS # 26853-31-6, Cholesterol: CAS # 57-88-5	POPC lipid dissolved in chloroform (25 mg/mL) was obtained from vendor and used without further purification. Cholesterol powder from the same vendor was dissolved in chloroform (20 mg/mL).
Probe holder (fluid, lipid bilayers)	Bruker	MTFML-V2	Specific to the particular AFM used; MTFML-V2 is a glass probe holder for scanning in fluid on a MultiMode AFM.
Probe holder (fluid, MSCs)	Bruker	FastScan Bio Z-scanner	Used with Dimension FastScan head (XY flexure scanners). Serial number MXYPOM5-1B154.
Probe holder (standard, ambient)	Bruker	DAFMCH	Specific to the particular AFM used; DAFMCH is the standard contact and tapping mode probe holder for the Dimension Icon AFM, suitable for nanoindentation (PF-QNM, FFV, and point-and-shoot ramping)
Sample Puck	Ted Pella	16218	Product number is for 15 mm diameter stainless steel sample puck. Also available in 6 mm, 10 mm, 12 mm, and 20 mm diameters at https://www.tedpella.com/AFM_html/AFM.aspx#anchor842459
Sapphire substrate	Bruker	PFQNM-SMPKIT-12M	Extremely hard surface (E = 345 GPa) for measuring deflection sensitivity of probes (want all of the deflection to come from the probe, not the substrate). Part of the PF-QNM/modulus standards kit.
Scanning electron microscope	Hitachi	S-3400N-II	Located at Boise State. Used to perform co-localized SEM/EDS on all samples except additively manufactured (AM) Ti-6Al-4V.
Silicon AFM probes (standard)	NuNano	Scout 350	Standard tapping mode silicon probe with reflective aluminum backside coating; k = 42 N/m (nominal), f0 = 350 kHz. Nominal R = 5 nm. Also available uncoated or with reflective gold backside coating. Probes with similar specifications are available from other manufacturers (e.g., Bruker TESPA-V2).
Silicon AFM probes (stiff)	Bruker	RTESPA-525, RTESPA-525-30	Rotated tip etched silicon probes with reflective aluminum backside coating; k = 200 N/m (nominal), f0 = 525 kHz. Nominal R = 8 nm for RTESPA-525, R = 30 nm for RTESPA-525-30. Spring constant of each RTESPA-525-30 is measured individually at the factory via laser Doppler vibrometry and supplied with the probe.
Silicon carbide grit paper (abrasive discs)	Allied	50-10005	120 grit
Silicon nitride AFM probes (soft, large radius hemispherical tip)	Bruker	MLCT-SPH-5UM, MLCT-SPH-5UM-DC	Also MLCT-SPH-1UM-DC. New product line of factory-calibrated (probe radius and spring constants of all cantilevers) large radius (R = 1 or 5 mm) hemispherical tip (at the end of a 23 mm long cylindrical shaft) probes. DC = drift compensation coating. 6 cantilevers/probe (A-F). Nominal spring constants: A, k = 0.07 N/m; B, k = 0.02 N/m; C, k = 0.01 N/m; D, k = 0.03 N/m; E, k = 0.1 N/m; F, k = 0.6 N/m.
Silicon nitride AFM probes (soft, medium sharp tip)	Bruker	DNP	4 cantilevers/probe (A-d). Nominal spring constants: A, k = 0.35 N/m; B, k = 0.12 N/m; C, k = 0.24 N/m; D, k = 0.06 N/m. Nominal radii of curvature, R = 10 nm.
Silicon nitride AFM probes (soft, sharp tip)	Bruker	ScanAsyst-Air	Nominal values: resonance frequency, f0 = 70 kHz; spring constant, k = 0.4 N/m; radius of curvature, R = 2 nm. Designed for force curve based AFM imaging.
Superglue	Henkel	Loctite 495	Cyanoacrylate based instant adhesive. Lots of roughly equivalent products are readily available.
Syringe pump	New Era Pump Systems	NE1000US	One channel syringe pump system with infusion and withdrawal capacity
Tip characterization standard	Bruker	PFQNM-SMPKIT-12M	Titanium (Ti) roughness standard. Part of the PF-QNM/modulus standards kit.
Ultrahigh purity nitrogen (UHP N2), 99.999%	Norco	SPG TUHPNI – T	T size compressed gas cylinder of ultrahigh purity (99.999%) nitrogen for drying samples
Ultramicrotome	Leica	EM UC6	Equipped with a glass blade (standard, for intial sample preparation) and a diamond blade (for final preparation)
Ultrapure water	Thermo Fisher	Barnstead Nanopure Model 7146	Model has been discontinued, but equivalent products are available. Produces ≥18.2 MΩ*cm ultrapure water with 1-5 ppb TOC (total organic content), per inline UV monitoring. Includes 0.2 µm particulate filter, ion exchange columns, and UV oxidation chamber.
Variable Speed Grinder	Buehler	EcoMet 3000	Used with silicon carbide grit papers during hand polishing.
Vibration isolation table (active)	Herzan	TS-140	Used with Bruker MultiMode AFM. Sits on a TMC 65-531 vibration isolation table. Bruker Dimension Icon AFM utilizes strictly passive vibration isolation (comes from manufacturer with custom acoustic hood, air table, and granite slab).
Vibration isolation table (passive)	TMC	65-531	35" x 30" vibration isolation table with optional air damping (disabled). Used with Bruker MultiMode AFM. Herzan TS-140 "Table Stable" active vibration control table is located on top.