Atomic force microscopy of soft materials

Tato bakalářská práce se zabývá prostudováním postupu měření a optimalizací podmínek měření pomocí mikroskopu atomárních sil (AFM) s budoucím výhledem na zobrazování a měření mechanických vlastností (např. adheze nebo tuhost materiálu) hydrogelů a polotuhých materiálů na mikroúrovni. Mikroskopie atomárních sil nabývá významu ve výzkumech vzhledem k univerzálnosti metody, kdy je schopná zobrazovat vodivé i nevodivé vzorky, ale zároveň měřit i jejich mechanické vlastnosti, jako je adheze, elasticita nebo tuhost. Výhodou oproti jiným metodám je, že AFM je schopné měřit mechanické vlastnosti nejen na makroúrovni, ale také na lokální úrovni. Optimalizace měřících módů se prováděla na standardním vzorku polystyrenových nanočástic o velikosti jeden mikrometr, kdy byly proměřeny jednotlivé režimy, jako jsou bezkontaktní metoda (noncontact mode, AC Mode Imaging) a kvantitativním režimem měření (QITM Advanced Imaging), kterými lze měřit pomocí AFM. Následovalo měření PVA fólií, měření se provádělo z důvodu toho, že se jednalo o vysušené hydrogely (xerogely), což bude zájmem dalšího studování. Byly vytvořeny z polyvinylalkoholu a chitosanu. Vnitřní prostředí hydrogelů bylo modifikováno úpravou pH (NaOH) nebo změnou iontové síly (NaCl). Dále byl pozorován vliv mrazení na PVA fólii, jedná se o jednu z možností přípravy fyzikálně síťovaného hydrogelu. Tato práce zkoumá také vliv koncentrace fyzikálně síťovaného termoreverzibilního agarosového gelu na jeho porozitu.This bachelor thesis focuses on atomic force microscopy (AFM), mainly on studying the measurement procedure and optimalization of measurement conditions with future perspective on imaging hydrogels and measuring mechanical properties (such as adhesion or stiffness) of hydrogels and semi-rigid materials at the microlevel. Atomic force microscopy is gaining significant importance in research due to its versatility, when it can provide topographical image of conductive and non-conductive samples while measuring mechanical properties of the samples, such as adhesion, elasticity or stiffness. Advantage of AFM method is that it can provide mechanical properties of the samples not only on macro levels as we are used to, for example, from rheology, but also on local level. Optimalization was performed on standard sample, one micrometre polystyrene nanoparticles , when the individual modes were measured, such as non-contact (AC Mode Imaging) mode and quantitative mode (QITM Advanced Imaging). This was followed by the measurement of a PVA foils, the measurement was performed because they are xerogels and will be studied more in the future. They were made with polyvinyl alcohol and chitosan. The internal environment of the hydrogels has been modified by adjusting the pH (NaOH) or by changing the ionic strength (NaCl). Furthermore, the effect of freezing on the PVA foils was observed, it is one of the possible ways of preparation of physically linked hydrogels. This work also examines the effect of porosity on concentration of physically linked thermoreversible agarose gels.