מיקרוסקופ כוח אטומי ננו-הזחה מבוססת Cantilever: מדידות תכונות מכניות בקנה מידה ננומטרי באוויר ובנוזל

Summary

כימות שטח המגע והכוח המופעל על ידי קצה גשושית כוח אטומי (AFM) על משטח הדגימה מאפשר קביעת תכונות מכניות ננומטריות. נדונות שיטות עבודה מומלצות ליישום ננו-הזחה מבוססת AFM באוויר או בנוזל על דגימות רכות וקשות למדידת מודולוס אלסטי או תכונות ננו-מכניות אחרות.

Abstract

מיקרוסקופ כוח אטומי (AFM) מודד באופן יסודי את האינטראקציה בין קצה גשושית AFM ננומטרי לבין משטח הדגימה. אם ניתן לכמת את הכוח המופעל על ידי קצה הגשושית ואת אזור המגע שלו עם הדגימה, ניתן לקבוע את התכונות המכניות הננומטריות (למשל, אלסטי או מודולוס יאנג) של המשטח הנבדק. כאן מובא הליך מפורט לביצוע ניסויי ננו-הזחה כמותיים מבוססי AFM cantilever, עם דוגמאות מייצגות לאופן שבו ניתן ליישם את הטכניקה כדי לקבוע את המודולים האלסטיים של מגוון רחב של סוגי דגימות, החל מ-kPa ועד GPa. אלה כוללים תאי גזע מזנכימליים חיים (MSCs) וגרעינים בחיץ פיזיולוגי, חתכי אורן לובולי מיובשים משובצים בשרף, ופצלי Bakken בהרכב משתנה.

בנוסף, ננו-הזחה מבוססת AFM משמשת לבדיקת חוזק הקרע (כלומר, כוח פריצת דרך) של דו-שכבות פוספוליפידים. שיקולים מעשיים חשובים כגון בחירת שיטה ופיתוח, בחירה וכיול של גשושיות, זיהוי אזור עניין, הטרוגניות מדגם, גודל תכונה ויחס גובה-רוחב, שחיקת קצוות, חספוס פני השטח וסטטיסטיקות ניתוח נתונים ומדידה נדונים כדי לסייע ביישום נכון של הטכניקה. לבסוף, מודגמת לוקליזציה משותפת של מפות ננומכניות שמקורן ב-AFM עם טכניקות של מיקרוסקופ אלקטרונים המספקות מידע נוסף לגבי הרכב היסודות.

Introduction

הבנת התכונות המכניות של חומרים היא אחת המשימות הבסיסיות והחיוניות ביותר בהנדסה. לניתוח תכונות חומר בתפזורת, קיימות שיטות רבות לאפיון התכונות המכניות של מערכות חומרים, כולל בדיקות מתיחה¹, בדיקות דחיסה² ובדיקות כיפוף שלוש או ארבע נקודות (גמישות)³. בעוד בדיקות מיקרוסקליות אלה יכולות לספק מידע רב ערך לגבי תכונות חומר בתפזורת, הן נערכות בדרך כלל לכישלון, ולכן הן הרסניות. בנוסף, הם חסרים את הרזולוציה המרחבית הדרושה כדי לחקור במדויק את התכונות המיקרו והננומטריות של מערכות חומרים רבות המעניינות כיום, כגון שכבות דקות, חומרים ביולוגיים וננו-מרוכבים. כדי להתחיל לטפל בחלק מהבעיות בבדיקות מכניות בקנה מידה גדול, בעיקר בטבעו ההרסני, אומצו בדיקות מיקרו-קשיות ממינרלוגיה. קשיות היא מדד לעמידות של חומר לעיוות פלסטי בתנאים מסוימים. באופן כללי, בדיקות מיקרו-קשיות משתמשות בבדיקה קשיחה, העשויה בדרך כלל מפלדה קשוחה או יהלום, כדי להיכנס לחומר. לאחר מכן ניתן להשתמש בעומק הכניסה ו/או באזור המתקבל כדי לקבוע את הקשיות. פותחו מספר שיטות, ביניהן ויקרס⁴, קנופ⁵ וקשיות ברינל⁶ ; כל אחד מהם מספק מדד לקשיות החומר המיקרוסקולרי, אך בתנאים שונים ובהגדרות שונות, וככזה מייצר רק נתונים שניתן להשוות לבדיקות המבוצעות באותם תנאים.

ננו-הזחה מכשורית פותחה כדי לשפר את הערכים היחסיים המתקבלים בשיטות בדיקת המיקרו-קשיות השונות, לשפר את הרזולוציה המרחבית האפשרית לניתוח תכונות מכניות, ולאפשר ניתוח של שכבות דקות. חשוב לציין, על ידי שימוש בשיטה שפותחה לראשונה על ידי אוליבר ופאר⁷, ניתן לקבוע את המודולוס האלסטי או של יאנג, E, של חומר לדוגמה באמצעות ננו-הזחה מכשורית. יתר על כן, על ידי שימוש בגשושית ננו-אינדנטרית פירמידלית תלת-צדדית של ברקוביץ’ (שפונקציית שטח החוד האידיאלית שלה תואמת לזו של הגשושית הפירמידלית הארבע-צדדית של ויקרס)⁸, ניתן לבצע השוואה ישירה בין מדידות קשיות ננומטריות למדידות מיקרוסקליות מסורתיות יותר. עם הגידול בפופולריות של AFM, ננו-הזחה מבוססת AFM החלה לקבל תשומת לב גם כן, במיוחד למדידת התכונות המכניות של חומרים רכים יותר. כתוצאה מכך, כפי שמתואר באופן סכמטי באיור 1, שתי השיטות הנפוצות ביותר כיום כדי לחקור ולכמת תכונות מכניות ננומטריות הן ננו-הזחה מכשירית (איור 1A) וננו-הזחה מבוססת AFM (איור 1B)⁹, שהאחרונה שבהן היא מוקד העבודה הזו.

איור 1: השוואה בין מערכות ננו-הזחה מבוססות מכשור ו-AFM. דיאגרמות סכמטיות המתארות מערכות אופייניות לביצוע (A) ננו-הזחה מכשורית ו-(B) ננו-הזחה מבוססת AFM. נתון זה שונה מ Qian et ^al.51. קיצור: AFM = מיקרוסקופ כוח אטומי. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

הן ננו-הזחה מכשורית והן ננו-הזחה מבוססת AFM משתמשות בגשושית נוקשה כדי לעוות משטח דגימה מעניין ולנטר את הכוח והתזוזה המתקבלים כתוצאה מכך כפונקציה של זמן. בדרך כלל, פרופיל התזוזה הרצוי (כלומר, כוח) או (Z-piezo) מוגדר על ידי המשתמש באמצעות ממשק התוכנה ונשלט ישירות על ידי המכשיר, בעוד הפרמטר השני נמדד. התכונה המכנית המתקבלת לרוב מניסויי ננו-הזחה היא המודולוס האלסטי (E), המכונה גם מודולוס יאנג, שיש לו יחידות לחץ. המודולוס האלסטי של חומר הוא תכונה בסיסית הקשורה לנוקשות הקשר והוא מוגדר כיחס בין מתח מתיחה או דחיסה (σ, הכוח המופעל ליחידת שטח) למאמץ צירי (ε, העיוות היחסי לאורך ציר ההזחה) במהלך עיוות אלסטי (כלומר, הפיך או זמני) לפני תחילת העיוות הפלסטי (משוואה [1]):

(1)

יש לציין כי מכיוון שחומרים רבים (בעיקר רקמות ביולוגיות) הם למעשה ויסקו-אלסטיים, במציאות, המודולוס (הדינמי או המורכב) מורכב הן מרכיבים אלסטיים (אחסון, בפאזה) והן צמיגים (אובדן, מחוץ לפאזה). בפועל, מה שנמדד בניסוי ננו-הזחה הוא המודולוס המופחת, E *, הקשור למודולוס המדגם האמיתי של עניין, E, כפי שמוצג במשוואה (2):

(2)

כאשר קצה E _וקצה ν הם המודולוס האלסטי והיחס של פואסון, בהתאמה, של _קצה הננו-אינדנטר, ו-ν הוא היחס המשוער של פואסון לדגימה. יחס פואסון הוא היחס השלילי בין המתח הרוחבי למתח הצירי, ולכן מציין את מידת ההתארכות הרוחבית של דגימה כאשר היא נתונה למאמץ צירית (למשל, במהלך העמסת ננו-הזחה), כפי שמוצג במשוואה (3):

(3)

ההמרה ממודולוס מופחת למודולוס ממשי נחוצה מכיוון ש-א) חלק מהמתח הצירי המוקנה על ידי קצה האינדנטר עשוי להיות מומר לזן רוחבי (כלומר, הדגימה עלולה להתעוות באמצעות התרחבות או כיווץ בניצב לכיוון ההעמסה), וב) קצה האינדנדר אינו קשה עד אינסוף, ולכן פעולת הזחת הדגימה גורמת לעיוות מסוים (קטן) של הקצה. שימו לב שבמקרה שבו קצה E >> E (כלומר, _קצה האינדנטר קשה הרבה יותר מהדגימה, מה שנכון לעתים קרובות בעת שימוש בבדיקת יהלום), הקשר בין מודולוס הדגימה המוקטן לבין מודולוס הדגימה בפועל מפשט מאוד ל- E ≈ E*(1 – v²). בעוד שננו-הזחה מכשורית עדיפה במונחים של אפיון כוח מדויק וטווח דינמי, ננו-הזחה מבוססת AFM מהירה יותר, מספקת בסדרי גודל כוח ורגישות תזוזה גדולים יותר, מאפשרת הדמיה ברזולוציה גבוהה יותר ואיתור כניסה משופר, ויכולה לחקור בו זמנית תכונות מגנטיות וחשמליות ננומטריות⁹. בפרט, ננו-הזחה מבוססת AFM עדיפה לכימות תכונות מכניות בקנה מידה ננומטרי של חומרים רכים (למשל, פולימרים, ג’לים, דו-שכבות ליפידים ותאים או חומרים ביולוגיים אחרים), שכבות דקות במיוחד (תת-מיקרומטר) (שבהן אפקטים של המצע יכולים להיכנס לפעולה בהתאם לעומק הכניסה)^10,11, וחומרים דו-ממדיים מרחפים (דו-ממדיים) 12,13,14 כגון גרפן ^15,16, נציץ¹⁷, בורון ניטריד משושה (H-BN)18, או דיכלקוגנידים של מתכת מעבר (TMDCs; למשל, MoS₂)¹⁹. זאת בשל רגישות הכוח המעולה (sub-nN) והתזוזה (sub-nm), החשובה לקביעה מדויקת של נקודת המגע הראשונית ולהישאר בתוך אזור העיוות האלסטי.

בננו-הזחה מבוססת AFM, תזוזה של גשושית AFM לכיוון משטח הדגימה מופעלת על-ידי אלמנט פיאזואלקטרי מכויל (איור 1B), כאשר הכנף הגמיש מתכופף בסופו של דבר בשל כוח ההתנגדות הנחווה במגע עם משטח הדגימה. כיפוף או סטייה זו של המגן מנוטרת בדרך כלל על ידי החזרת לייזר מהחלק האחורי של הפתח לתוך פוטו-גלאי (גלאי רגיש מיקום [PSD]). יחד עם הידע על קשיחות הקנטיליבר (ב-nN/nm) ורגישות הסטייה (ב-nm/V), ניתן להמיר את הסטייה הנמדדת הזו (ב-V) לכוח (ב-nN) המופעל על הדגימה. לאחר מגע, ההבדל בין תנועת Z-piezo לבין הטיית הקנטליבר מניב את עומק הזחת הדגימה. בשילוב עם הידע של פונקציית אזור הקצה, זה מאפשר חישוב של אזור המגע של קצה הדגימה. לאחר מכן ניתן להתאים את השיפוע של חלקי המגע של עקומות מרחק הכוח או תזוזת הכוח (F-D) המתקבלות באמצעות מודל מכניקת מגע מתאים (ראה פרק ניתוח הנתונים בדיון) כדי לקבוע את התכונות הננו-מכניות של הדגימה. בעוד שלננו-הזחה מבוססת AFM יש כמה יתרונות ברורים על פני ננו-הזחה מכשורית כמתואר לעיל, היא גם מציגה מספר אתגרי יישום מעשיים, כגון כיול, שחיקת קצה וניתוח נתונים, שיידונו כאן. חיסרון פוטנציאלי נוסף של ננו-הזחה מבוססת AFM הוא ההנחה של גמישות ליניארית, מכיוון שרדיוס המגע ועומק ההזחה צריכים להיות קטנים בהרבה מרדיוס הכניסה, דבר שיכול להיות קשה להשגה בעבודה עם גשושיות AFM ננומטריות ו / או דגימות המציגות חספוס פני שטח משמעותי.

באופן מסורתי, ננו-הזחה הוגבלה למיקומים בודדים או לניסויי הזחת רשת קטנים, שבהם נבחר מיקום רצוי (כלומר, אזור עניין [ROI]) וכניסה מבוקרת יחידה, כניסות מרובות במיקום יחיד המופרדות על ידי זמן המתנה מסוים, ו/או רשת גסה של כניסות מבוצעות בקצב בסדר גודל של הרץ. עם זאת, ההתקדמות האחרונה ב- AFM מאפשרת רכישה בו זמנית של תכונות מכניות וטופוגרפיה באמצעות שימוש במצבי הדמיה מבוססי עקומת כוח במהירות גבוהה (המכונים בשמות מסחריים שונים בהתאם ליצרן המערכת), שבהם עקומות הכוח מתבצעות בקצב kHz תחת בקרת עומס, כאשר כוח הדגימה המרבי מנוצל כנקודת ההדמיה. פותחו גם שיטות point-and-shoot, המאפשרות רכישה של תמונת טופוגרפיה AFM ואחריה ננו-הזחה סלקטיבית בנקודות עניין בתוך התמונה, מה שמאפשר שליטה מרחבית ננומטרית על מיקום ננו-הזחה. למרות שזה לא המוקד העיקרי של עבודה זו, דוגמאות ספציפיות שנבחרו ליישומים הן של הדמיה מבוססת עקומת כוח והן של ננו-הזחה מבוססת קנטיליבר של point-and-shoot מוצגות בתוצאות המייצגות, וניתן להשתמש בהן בשילוב עם הפרוטוקול המתואר להלן אם זמין בפלטפורמת AFM הספציפית שבה נעשה שימוש. באופן ספציפי, עבודה זו מתווה פרוטוקול כללי ליישום מעשי של ננו-הזחה מבוססת AFM על כל מערכת AFM בעלת יכולת ומספקת ארבע דוגמאות מקרה שימוש (שתיים באוויר, שתיים בנוזל) של הטכניקה, כולל תוצאות מייצגות ודיון מעמיק בניואנסים, באתגרים ובשיקולים החשובים ליישום מוצלח של הטכניקה.

Protocol

הערה: בשל המגוון הרחב של AFM הזמינים מסחרית ומגוון סוגי הדגימות והיישומים הקיימים עבור ננו-הזחה מבוססת קנטילבר, הפרוטוקול הבא מתוכנן במכוון להיות כללי יחסית באופיו, תוך התמקדות בצעדים המשותפים הדרושים לכל ניסויי ננו-הזחה מבוססי קנטילבר ללא קשר למכשיר או ליצרן. מסיבה זו, המחברים מניחים שלקו…

Representative Results

עקומות תזוזת כוחאיור 7 מראה עקומות F-D מייצגות, כמעט אידיאליות, שהתקבלו מניסויי ננו-הזחה שבוצעו באוויר על דגימות אורן לובולי משובץ שרף (איור 7A) ובנוזל (מלוחים חוצצי פוספט [PBS]) על גרעיני תאי גזע מזנכימליים (MSC) (איור 7B). השימוש בכל מודל …

Discussion

הכנת דוגמאות
עבור ננו-הזחה באוויר, שיטות הכנה נפוצות כוללות הקפאה (למשל, דגימות רקמות), השחזה ו/או ליטוש ולאחריהן אולטרה-מיקרוטומינג (למשל, דגימות ביולוגיות משובצות שרף), כרסום יונים או הכנת קרן יונים ממוקדת (למשל, מוליכים למחצה, נקבוביים או דגימות קשיות מעורבות שאינן ניתנות לליט?…

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.