스캐닝 진동 전극 기법

생물학 분야 내에서도 진동 탐침으로 알려진 스캐닝 진동 전극 기법(SVET)은 샘플에서 전기화학 공정을 시각화하는 스캐닝 탐침 현미경(SPM) 기법이다.원래 자페와 누시텔리에 의해 살아있는 세포 근처의 전류 밀도를 조사하기 위해 1974년에 도입되었다.^[1]1980년대부터 휴 아이작스는 여러 가지 다른 부식 연구에 SVET를 적용하기 시작했다.^[2]SVET는 관심 표본 위의 용액에서 국소 전류 밀도 분포를 측정하여 발생 시 현장에서 전기화학 공정을 매핑한다.관심 표본에 수직으로 진동하는 프로브를 사용해 측정 신호를 개선한다.^[1]부식연구에서 SVET와 함께 사용할 수 있는 이온선택 전극기법(SIET)^[3]과 SVET의 전구체인 스캐닝 기준 전극기법(SRET)과 관련이 있다.^[4]

역사

스캐닝 진동 전극 기술은 원래 1974년 자페와 누시텔리에 의해 세포외 전류를 민감하게 측정하기 위해 도입되었다.^[1]그 후 자페와 누시텔리는 뉴트 사지를 절단하고 재생하는 것과 관련된 세포외 전류,^[5] 병아리 배아의 발달 전류,^[6] 아메보이드 운동과 관련된 전류 측정을 통해 이 기술의 능력을 입증했다.^[7]

부식에서는 스캐닝 레퍼런스 전극 기법(SRET)이 SVET의 전구체로 존재했으며, 현재 바이오 로직 과학 기구의 일부인 ^[8]유니스칸 인스트루먼트에 의해 상업적으로, 상표로 처음 도입되었다.^[9]SRET는 샘플 표면 근처에서 기준 전극을 스캔하여 샘플 위에 있는 전해액의 전위 분포를 매핑하는 현장 기법이다.SRET를 사용하면 프로브가 부식 과정을 변경하지 않고도 부식된 샘플의 음극 및 음극 부지를 확인할 수 있다.^[10]SVET는 휴 아이작스의 부식 공정에 대한 현지 조사를 위해 처음 적용되고 개발되었다.^[2]

작동 원리

SVET는 천연 전기화학적 활성을 가진 용액에서 샘플과 관련된 전류를 측정하거나 전기화학적 활성을 강제하는 편향된 전류를 측정한다.두 경우 모두 전류는 샘플의 활성 영역에서 용액으로 방사된다.일반적인 SVET 계측기에서 프로브는 x,y 스테이지 위 및 x,y 스테이지의 압전 진동기에 장착된다.프로브는 샘플의 평면에 수직으로 진동하여 AC 신호를 측정한다.결과 AC 신호는 DC 신호를 생성하기 위해 로크인 앰프에 의해 입력 위상 각도를 사용하여 감지 및 강등된다.^[1][11][12]입력 위상 각도는 일반적으로 반응이 없을 때까지 로크인 앰프의 위상 입력을 수동으로 조정하여 최적의 위상을 결정하는 데 90도가 추가된다.^[13]기준 단계는 일부 상용 계기에 의해서도 자동으로 찾을 수 있다.^[14]그 다음 결과가 국소 활동 분포를 반영하도록 플로팅될 수 있는 계량화된 dc 신호.

SVET에서 프로브 진동은 비진동 이전의 그것보다 더 민감한 측정을 야기할 ^[1]뿐만 아니라 신호 대 잡음비의 개선을 야기한다.^[13]프로브 진동은 정상적인 실험 조건에서 연구 중인 프로세스에 영향을 주지 않는다.^[15][16]

SVET 신호는 시료 거리, 용액 전도도 및 SVET 프로브를 포함한 여러 요인에 의해 영향을 받는다.SVET 측정에서 신호 강도는 프로브에서 샘플링 거리까지의 영향을 받는다.다른 모든 변수가 동일한 경우, 표본 거리에 대한 작은 프로브가 더 큰 크기의 신호를 측정하게 된다.^[17]용액 전도도는 SVET 측정에서 신호 강도에 영향을 미친다.용액 전도도가 증가하면 SVET 측정의 신호 강도가 감소한다.^[18]

적용들

부식은 SVET의 주요 적용 영역이다. SVET는 부식 과정을 따르고 다른 어떤 기술에서도 불가능한 정보를 제공하기 위해 사용된다.^[19]부식에서는 국부식, 자가 치유 코팅, 자가 조립식 모놀레이어(SAMs) 등 다양한 공정을 조사하기 위해 사용되었으며, SVET는 시스템의 부식 특성에 대한 다양한 국부적 특성이 미치는 영향을 조사하기 위해 사용되었다.예를 들어, SVET를 이용하여 X70의 곡물 및 곡물 경계의 영향을 측정하였다.곡물 경계와 곡물 경계 사이에 전류 밀도의 차이가 존재했으며, SVET 데이터는 곡물이 음극성이었음을 시사했다.^[20]SVET를 사용함으로써 알루미늄 스페이서 폭의 변화가 강철과 마그네슘 사이의 아연도금 커플링에 미치는 영향을 조사할 수 있었다.스페이서 폭을 늘리면 마그네슘과 강철의 결합이 줄어들었다.^[21]SVET를 사용하여 보다 일반적으로 국부적인 부식 프로세스를 수행했다.다양한 시스템의 경우 SVET를 사용하여 장기간에 걸쳐 샘플을 이동할 때 부식 전면을 따라 부식 메커니즘에 대한 통찰력을 제공할 수 있었다.^[22][23][24]많은 그룹이 SVET를 사용하여 자가 치유 코팅의 효율성을 분석하여 시간의 경과에 따른 표면 활동 변화를 매핑했다.베어 메탈의 SVET 측정을 스마트 코팅과 동일한 금속과 비교했을 때 코팅된 표면의 전류 밀도가 낮음을 알 수 있다.또한 스마트 코팅에서 결함이 발생할 경우 코팅이 복구됨에 따라 결함에 대한 전류가 감소하는 것을 볼 수 있다.^[25][26][27]Mekhalif 등.은 SVET를 사용하여 다른 금속에서 형성된 SAM에 대해 여러 연구를 수행했다.SVET 연구는 맨 표면이 부식을 경험한다는 것을 밝혀냈다. SVET는 그 후 수정 시간의 영향과 ^[28]부식성 용액에 대한 노출을 조사하기 위해 사용되었다.^[29]결함이 없는 SAM을 조사했을 때 SVET는 균일한 활동을 보였다.^[30][31]

생물학 분야에서 진동 탐침 기술은 다양한 과정을 조사하기 위해 사용되어 왔다.폐암종양세포의 진동 탐침 측정 결과 종양세포 위의 전기장이 온전한 상피에서 측정된 것보다 통계적으로 더 컸으며 종양세포가 양극으로 작용하는 것으로 나타났다.나아가 전기장의 적용으로 종양세포가 이동하게 된 것도 주목했다.^[32]진동 탐침을 사용하여 잎에서 발생하는 생물학적 과정에 관련된 전류를 측정했다.진동 탐침을 통해 기공 구멍과 전류를 상관시킬 수 있어 기공 개구부가 양성자 유출과 관련이 있음을 시사했다.^[33]이 연구에 기초하여 추가 진동 탐침 측정은 또한 식물의 광합성 활동과 잎 표면의 전류의 흐름 사이의 관계를 나타내었고, 측정된 전류가 다른 종류의 빛과 어둠에 노출되었을 때 변화한다.^[34][35]마지막 예로서, 진동 탐침 기술은 동식물의 부상과 관련된 조류 조사에 사용되었다.옥수수 뿌리에 대한 진동 탐침 측정 결과, 큰 내부 전류는 상처의 중심에서 멀리 떨어진 곳에서 전류가 감소하면서 뿌리의 상처와 관련이 있는 것으로 밝혀졌다.^[36]쥐의 피부 상처에 대해 유사한 실험을 했을 때, 상처 가장자리에서 가장 강한 전류가 측정된 가운데, 큰 외류가 상처에서 측정되었다.^[37]진동 탐침의 부상 조사 능력은 심지어 사용을 위해 손으로 잡는 시제품 진동 탐침 장치의 개발로 이어졌다.^[38]

SVET는 광전화학적 반응과 관련된 전류 밀도 변화를 따라 반도체 물질의 광전자 유도 특성을 조사하는 데 이용되어 왔다.^[39]리튬 배터리 시스템에서와 같이 SVET를 사용하여 리튬/유기농 전해액 인터페이스를 조사하였다.^[40]

SVET는 수용성 환경에서 표본 측정을 위해 거의 독점적으로 적용되었지만, 비 수용성 환경에서 SVET의 적용은 최근 Bastos 외 연구진에 의해 입증되었다.^[41]

참조