AFM-IR ( กล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม-สเปกโทรสโกปีอินฟราเรด ) หรือนาโนสเปกโทรสโกปีอินฟราเรดเป็นหนึ่งในกลุ่มเทคนิค^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]}ที่ได้มาจากการผสมผสานเทคนิคเครื่องมือหลักสองเทคนิคเข้าด้วยกัน AFM-IR ผสมผสานพลังการวิเคราะห์ทางเคมีของสเปกโทรสโกปีอินฟราเรดและความละเอียดเชิงพื้นที่สูงของกล้องจุลทรรศน์แบบสแกนโพรบ (SPM) คำนี้ถูกใช้ครั้งแรกเพื่อหมายถึงวิธีการที่รวมเลเซอร์อิเล็กตรอนอิสระ ที่ปรับได้ เข้ากับกล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม (AFM ซึ่งเป็น SPM ประเภทหนึ่ง) ที่ติดตั้งโพรบแหลมซึ่งวัดการดูดซับแสงอินฟราเรด เฉพาะที่ โดยตัวอย่างด้วยความละเอียดเชิงพื้นที่ระดับนาโนเมตร^{[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]}

เดิมทีเทคนิคนี้กำหนดให้ต้องวางตัวอย่างบนปริซึมที่โปร่งแสงต่อรังสีอินฟราเรดและมีความหนาน้อยกว่า 1 μm การตั้งค่าในยุคแรกนี้ช่วยปรับปรุงความละเอียดเชิงพื้นที่และความไวของเทคนิค AFM ที่ใช้ความร้อนจากแสงจากไมครอน^{[ 7 ]}ไปจนถึงประมาณ 100 นาโนเมตร^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 16 ] [ 19 ] [ 20 ]}จากนั้น การใช้ออสซิลเลเตอร์พาราเมตริกแบบพัลส์เชิงแสงและเลเซอร์ควอนตัมแคสเคดที่ทันสมัย ​​ร่วมกับการส่องสว่างจากด้านบน ทำให้สามารถตรวจสอบตัวอย่างบนพื้นผิวใดก็ได้ด้วยความไวและความละเอียดเชิงพื้นที่ที่เพิ่มขึ้น จากความก้าวหน้าล่าสุด AFM-IR ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าสามารถสร้างแผนที่ทางเคมีและสเปกตรัมที่มีความละเอียดระดับนาโนที่ระดับโมเลกุลเดี่ยวจากการประกอบตัวเองของโมเลกุลขนาดใหญ่และโมเลกุลชีวภาพที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 10 นาโนเมตร^{[ 18 ] [ 17 ] [ 21 ] [ 22 ]}รวมถึงเอาชนะข้อจำกัดของสเปกโทรสโกปี IR และวัดในสภาพแวดล้อมของเหลวในน้ำได้^{[ 23 ]}

การบันทึกปริมาณการดูดซับอินฟราเรดเป็นฟังก์ชันของความยาวคลื่นหรือเลขคลื่น AFM-IR สร้างสเปกตรัมการดูดซับอินฟราเรดที่สามารถใช้ในการจำแนกลักษณะทางเคมีและแม้กระทั่งระบุตัวอย่างที่ไม่รู้จัก^{[ 12 ] [ 15 ] [ 24 ]}การบันทึกการดูดซับอินฟราเรดเป็นฟังก์ชันของตำแหน่งสามารถใช้สร้างแผนที่องค์ประกอบทางเคมีที่แสดงการกระจายตัวเชิงพื้นที่ของส่วนประกอบทางเคมีต่างๆ ส่วนขยายใหม่ของเทคนิค AFM-IR ดั้งเดิม^{[ 18 ] [ 17 ]}และเทคนิคก่อนหน้านี้^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 24 ]}ทำให้สามารถพัฒนาอุปกรณ์ตั้งโต๊ะที่มี ความละเอียดเชิงพื้นที่ ระดับนาโนเมตรซึ่งไม่จำเป็นต้องใช้ปริซึมและสามารถทำงานกับตัวอย่างที่หนาขึ้นได้ จึงช่วยปรับปรุงความสะดวกในการใช้งานและขยายขอบเขตของตัวอย่างที่สามารถวิเคราะห์ได้ AFM-IR บรรลุความละเอียดเชิงพื้นที่ด้านข้างประมาณ 10 นาโนเมตร โดยมีความไวถึงระดับชั้นโมเลกุลโมโนเลเยอร์^{[ 25 ]}และโมเลกุลโปรตีนเดี่ยวที่มีน้ำหนักโมเลกุลถึง 400-600 kDa ^{[ 18 ] [ 17 ]}

AFM-IR เกี่ยวข้องกับเทคนิคต่างๆ เช่นสเปกโทรสโกปีรามานแบบเพิ่มประสิทธิภาพด้วยปลาย (TERS) กล้องจุลทรรศน์แสงใกล้สนามแบบสแกน (SNOM) ^{[ 26 ]}นาโน-FTIRและวิธีการวิเคราะห์การสั่นสะเทือนอื่นๆ ด้วยกล้องจุลทรรศน์โพรบแบบสแกน

การวัดครั้งแรกที่รวม AFM กับสเปกโทรสโกปีอินฟราเรดนั้นดำเนินการในปี 1999 โดย Hammiche และคณะที่มหาวิทยาลัยแลงคาสเตอร์ในสหราชอาณาจักร^{[ 1 ]}ใน โครงการที่ได้รับทุนจาก EPSRCซึ่งนำโดย M Reading และ HM Pollock ในขณะเดียวกัน Anderson ที่ห้องปฏิบัติการ Jet Propulsion Laboratoryในสหรัฐอเมริกาได้ทำการวัดที่เกี่ยวข้องในปี 2000 ^{[ 2 ]}ทั้งสองกลุ่มใช้สเปกโทรเมตรอินฟราเรดแบบฟูริเยร์ทรานส์ฟอร์ม (FTIR) ทั่วไปที่ติดตั้งแหล่งกำเนิดความร้อนแบบบรอดแบนด์ โดยรังสีจะถูกโฟกัสใกล้ปลายโพรบที่สัมผัสกับตัวอย่าง กลุ่มแลงคาสเตอร์ได้สเปกตรัมโดยการตรวจจับการดูดซับรังสีอินฟราเรดโดยใช้โพรบความร้อนที่ไวต่ออุณหภูมิ Anderson ^{[ 2 ]}ใช้แนวทางที่แตกต่างออกไปโดยใช้โพรบ AFM ทั่วไปเพื่อตรวจจับการขยายตัวทางความร้อนเขาได้รายงานอินเตอร์เฟอโรแกรมแต่ไม่ใช่สเปกตรัม สเปกตรัมอินฟราเรดแรกที่ได้มาด้วยวิธีนี้ได้รับการรายงานโดย Hammiche และคณะในปี พ.ศ. 2547: ^{[ 6 ]}ถือเป็นหลักฐานแรกที่แสดงให้เห็นว่าสามารถรับข้อมูลสเปกตรัมเกี่ยวกับตัวอย่างได้โดยใช้วิธีการนี้

การทดลองในช่วงแรกทั้งสองนี้ใช้แหล่งกำเนิดบรอดแบนด์ร่วมกับอินเตอร์เฟอโรเมตร ดังนั้นเทคนิคเหล่านี้จึงอาจเรียกได้ว่าเป็น AFM-FTIR แม้ว่า Hammiche และคณะจะบัญญัติศัพท์ทั่วไปว่าโฟโตเทอร์มอลไมโครสเปกโตรสโคปีหรือ PTMS ในเอกสารฉบับแรกของพวกเขา^{[ 1 ]} PTMS มีกลุ่มย่อยต่างๆ^{[ 27 ]}รวมถึงเทคนิคที่วัดอุณหภูมิ^{[ 1 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 14 ] [ 28 ]}วัดการขยายตัวทางความร้อน^{[ 2 ] [ 6 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]}และใช้แหล่งกำเนิดบรอดแบนด์^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 6 ] [ 7 ]}ใช้เลเซอร์^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 28 ]}กระตุ้นตัวอย่างโดยใช้คลื่นเอวาเนสเซนต์^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 15 ] ส่องสว่างตัวอย่างโดยตรงจากด้านบน[ 1 ] [ 2 ]} [ ^{3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 12 ] [ 14 ] [ 25 ] [ 28 ]เป็นต้นและการผสมผสานที่แตกต่างกันของสิ่งเหล่านี้โดยพื้นฐานแล้วพวกมันทั้งหมดใช้ประโยชน์ จากปรากฏการณ์โฟโตเทอร์มอล การผสมผสานที่แตกต่างกันของแหล่งกำเนิด วิธีการ วิธีการตรวจ จับและ}วิธีการส่องสว่าง มีประโยชน์สำหรับการใช้งานที่แตกต่างกัน^{[ 6 ]}ควรระมัดระวังเพื่อให้แน่ใจว่ามีการใช้ PTMS รูปแบบใดในแต่ละกรณี ปัจจุบันยังไม่มีชื่อเรียกที่เป็นที่ยอมรับในระดับสากล เทคนิคดั้งเดิมที่เรียกว่า AFM-IR ซึ่งเหนี่ยวนำการเคลื่อนที่แบบเรโซแนนซ์ในหัววัดโดยใช้เลเซอร์อิเล็กตรอนอิสระ ได้รับการพัฒนาโดยใช้ประโยชน์จากการเรียงลำดับแบบต่างๆ ดังกล่าวข้างต้น จนวิวัฒนาการมาเป็นรูปแบบต่างๆ มากมาย

การทดลองบุกเบิกของ Hammiche et alและ Anderson มีความละเอียดเชิงพื้นที่จำกัดเนื่องจากการแพร่กระจายความร้อน - การแพร่กระจายความร้อนออกจากบริเวณที่แสงอินฟราเรดถูกดูดซับ ความยาวการแพร่กระจายความร้อน (ระยะทางที่ความร้อนแพร่กระจาย) เป็นสัดส่วนผกผันกับรากของความถี่การมอดูเลชัน ดังนั้น ความละเอียดเชิงพื้นที่ที่ได้จากวิธีการ AFM-IR ในยุคแรกจึงอยู่ที่ประมาณหนึ่งไมครอนหรือมากกว่านั้น เนื่องจากความถี่การมอดูเลชันต่ำของรังสีตกกระทบที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของกระจกในอินเตอร์เฟอโรเมตร นอกจากนี้ โพรบความร้อนตัวแรกเป็นอุปกรณ์ลวด Wollaston ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]}ซึ่งพัฒนาขึ้นมาเพื่อการวิเคราะห์ความร้อนระดับไมโคร^{[ 29 ]} (อันที่จริง PTMS เดิมทีถือเป็นหนึ่งในตระกูลของเทคนิคความร้อนระดับไมโคร^{[ 4 ]} ) ขนาดที่ค่อนข้างใหญ่ของโพรบเหล่านี้ยังจำกัดความละเอียดเชิงพื้นที่อีกด้วย Bozec et al ^{[ 3 ]}และ Reading et al . ^{[ 7 ]}ใช้หัววัดความร้อนที่มีขนาดระดับนาโนเมตรและแสดงให้เห็นความละเอียดเชิงพื้นที่ที่สูงขึ้น Ye et al ^{[ 30 ]}อธิบายหัววัดความร้อนแบบ MEM ที่ให้ความละเอียดเชิงพื้นที่ต่ำกว่า 100 นาโนเมตร ซึ่งพวกเขาใช้สำหรับการวิเคราะห์ความร้อนระดับนาโน กระบวนการสำรวจแหล่งกำเนิดเลเซอร์เริ่มต้นในปี 2001 โดย Hammiche et alเมื่อพวกเขาได้รับสเปกตรัมแรกโดยใช้เลเซอร์ที่ปรับได้ ( ดูการปรับปรุงความละเอียดด้วยแหล่งกำเนิดเลเซอร์แบบพัลส์ )

การพัฒนาที่สำคัญคือการสร้างอินเทอร์เฟซแบบกำหนดเอง โดย Reading et al . ในปี 2001 ^{[ 4 ] ซึ่งช่วยให้สามารถทำการวัดได้ในขณะที่ส่องสว่างตัวอย่างจากด้านบน อินเทอร์เฟซนี้จะโฟกัสลำแสงอินฟราเรดไปยังจุดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 500 μm ซึ่งใกล้เคียงกับค่าสูงสุดทางทฤษฎี [หมายเหตุ 1 ]}การใช้การส่องสว่างจากด้านบนหรือด้านข้างมีประโยชน์ที่สำคัญคือสามารถศึกษาตัวอย่างที่มีความหนาตามอำเภอใจบนพื้นผิวตามอำเภอใจได้ ในหลายกรณีสามารถทำได้โดยไม่ต้องเตรียมตัวอย่างใดๆ การทดลองทั้งหมดที่ตามมาโดย Hammiche, Pollock, Reading และเพื่อนร่วมงานของพวกเขาทำโดยใช้อินเทอร์เฟซประเภทนี้ รวมถึงเครื่องมือที่สร้างโดย Hill et al . สำหรับการถ่ายภาพระดับนาโนโดยใช้เลเซอร์แบบพัลส์^{[ 12 ]}งานของกลุ่มมหาวิทยาลัย Lancaster ร่วมกับคนงานจากมหาวิทยาลัย East Angliaนำไปสู่การก่อตั้งบริษัท Anasys Instruments เพื่อใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยีนี้และเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้อง^{[ 31 ]} ( ดูการค้าเชิงพาณิชย์ )

ในบทความแรกเกี่ยวกับอินฟราเรดที่ใช้ AFM โดย Hammiche et al . ^{[ 1 ]}ได้มีการสรุปข้อพิจารณาทางทฤษฎีที่ได้รับการยอมรับอย่างดีซึ่งคาดการณ์ว่าสามารถบรรลุความละเอียดเชิงพื้นที่สูงได้โดยใช้ความถี่การมอดูเลชันที่รวดเร็วเนื่องจากการลดลงของความยาวการแพร่กระจายความร้อน พวกเขาประเมินว่าควรจะสามารถบรรลุความละเอียดเชิงพื้นที่ในช่วง 20 นาโนเมตรถึง 30 นาโนเมตรได้^{[ 32 ]}แหล่งกำเนิดที่หาได้ง่ายที่สุดที่สามารถบรรลุความถี่การมอดูเลชันสูงได้คือเลเซอร์แบบพัลส์ แม้ว่าความเร็วของพัลส์จะไม่สูง แต่รูปคลื่นสี่เหลี่ยมของพัลส์ก็มีความถี่การมอดูเลชันสูงมากในพื้นที่ฟูริเยร์ ในปี 2544 Hammiche et al . ได้ใช้เลเซอร์อินฟราเรดแบบพัลส์ที่ปรับได้แบบตั้งโต๊ะชนิดหนึ่งที่เรียกว่า ออปติ คอลพาราเมตริกออสซิลเลเตอร์หรือ OPO และได้รับสเปกตรัมอินฟราเรดแบบโพรบครั้งแรกด้วยเลเซอร์แบบพัลส์ อย่างไรก็ตาม พวกเขาไม่ได้รายงานภาพใดๆ^{[ 24 ]}

การถ่ายภาพ AFM-IR ที่มีความละเอียดเชิงพื้นที่ระดับนาโนโดยใช้เลเซอร์แบบพัลส์ได้รับการสาธิตครั้งแรกโดย Dazzi และคณะ^{[ 8 ]}ที่มหาวิทยาลัยปารีส-ซูดประเทศฝรั่งเศส Dazzi และเพื่อนร่วมงานของเขาใช้เลเซอร์อิเล็กตรอนอิสระที่ปรับความยาวคลื่นได้ที่ศูนย์ CLIO ^{[หมายเหตุ 2 ]}ในเมืองออร์เซย์ ประเทศฝรั่งเศสเพื่อเป็นแหล่งกำเนิดอินฟราเรดที่มีพัลส์สั้น เช่นเดียวกับนักวิจัยรุ่นก่อนๆ^{[ 2 ] [ 6 ]}พวกเขาใช้โพรบ AFM แบบดั้งเดิมเพื่อวัดการขยายตัวทางความร้อน แต่ได้แนะนำการกำหนดค่าทางแสงแบบใหม่: ตัวอย่างถูกติดตั้งบนปริซึมที่โปร่งใสต่อรังสีอินฟราเรดเพื่อให้สามารถถูกกระตุ้นด้วยคลื่นเอวาเนสเซนต์ การดูดซับพัลส์เลเซอร์อินฟราเรดสั้นๆ โดยตัวอย่างทำให้เกิดการขยายตัวทางความร้อนอย่างรวดเร็วซึ่งสร้างแรงกระตุ้นที่ปลายของคานยื่น AFM พัลส์การขยายตัวทางความร้อนทำให้เกิดการสั่นพ้องชั่วคราวของโพรบคานยื่น AFM ซึ่งทำให้เทคนิคนี้ถูกเรียกว่า Photo-Thermal Induced Resonance (PTIR) โดยนักวิจัยบางคนในสาขานี้^{[ 10 ] [ 24 ]}บางคนนิยมใช้คำว่า PTIR หรือ PTMS ^{[ 1 ] [ 3 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]}แทน AFM-IR เนื่องจากเทคนิคนี้ไม่จำเป็นต้องจำกัดเฉพาะความยาวคลื่นอินฟราเรดเท่านั้น แอมพลิจูดของการสั่นของคานยื่นมีความสัมพันธ์โดยตรงกับปริมาณรังสีอินฟราเรดที่ตัวอย่างดูดซับ^{[ 33 ] [ 34 ] [ 35 ] [ 36 ] [ 37 ] [ 38 ] [ 39 ] โดยการวัดแอมพลิจูดการสั่นของคานยื่นเป็นฟังก์ชันของเลขคลื่น กลุ่ม ของ Dazzi สามารถได้สเปกตรัมการดูดซับจากบริเวณ ระดับ นาโน ของ}ตัวอย่าง เมื่อเปรียบเทียบกับงานก่อนหน้านี้ วิธีการนี้ช่วยปรับปรุงความละเอียดเชิงพื้นที่ เนื่องจากการใช้พัลส์เลเซอร์สั้นๆ ช่วยลดระยะเวลาของพัลส์การขยายตัวทางความร้อนจนถึงจุดที่ความยาวการแพร่กระจายความร้อนสามารถอยู่ในระดับนาโนเมตรแทนที่จะเป็นไมครอน

การแปลงฟูริเยร์แบบเร็ว (Fast Fourier Transform) ของการสั่นของคานยื่นหลังจากการกระตุ้นด้วยเลเซอร์ ความสูงของยอดลักษณะเฉพาะจะวัดปริมาณแสงอินฟราเรดที่ถูกดูดซับโดยตัวอย่าง

สเปกตรัมที่ได้จากการวัดด้วยเครื่อง AFM โดยการเปลี่ยนความยาวคลื่นของเลเซอร์ (ด้านล่าง) มีความสอดคล้องเป็นอย่างดีกับสเปกตรัม FTIR แบบดั้งเดิม (ด้านบน)

ข้อได้เปรียบที่สำคัญของการใช้แหล่งกำเนิดเลเซอร์ที่ปรับได้ซึ่งมีช่วงความยาวคลื่นแคบคือความสามารถในการสร้างแผนที่ตำแหน่งของส่วนประกอบทางเคมีเฉพาะบนพื้นผิวตัวอย่างได้อย่างรวดเร็ว เพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ กลุ่มของ Dazzi ได้ปรับแหล่งกำเนิดเลเซอร์อิเล็กตรอนอิสระของพวกเขาให้มีความยาวคลื่นที่สอดคล้องกับการสั่นสะเทือนของโมเลกุลของสารเคมีที่สนใจ จากนั้นจึงสร้างแผนที่แอมพลิจูดการสั่นของคานยื่นเป็นฟังก์ชันของตำแหน่งทั่วทั้งตัวอย่าง พวกเขาแสดงให้เห็นถึงความสามารถในการสร้างแผนที่องค์ประกอบทางเคมีใน แบคทีเรีย E. coli พวกเขายังสามารถมองเห็น เวสิ เคิลโพลีไฮดรอกซี บิวทิเรต (PHB) ภายในเซลล์Rhodobacter capsulatus ^{[ 35 ]}และตรวจสอบประสิทธิภาพการผลิต PHB โดยเซลล์ ได้อีกด้วย

ที่มหาวิทยาลัยอีสต์แองเกลียในสหราชอาณาจักร ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของโครงการที่ได้รับทุนจาก EPSRC นำโดย M. Reading และ S. Meech นั้น Hill และเพื่อนร่วมงานของเขา^{[ 12 ]}ได้ดำเนินการตามงานก่อนหน้าของ Reading et al . ^{[ 4 ]}และ Hammiche et al . ^{[ 6 ]}และวัดการขยายตัวทางความร้อนโดยใช้การกำหนดค่าทางแสงที่ส่องสว่างตัวอย่างจากด้านบน^{[ 5 ]}ซึ่งแตกต่างจาก Dazzi et al . ที่กระตุ้นตัวอย่างด้วยคลื่นเอวาเนสเซนต์จากด้านล่าง^{[ 8 ]} Hill ยังใช้ออปติคอลพาราเมตริกออสซิลเลเตอร์เป็นแหล่งกำเนิดอินฟราเรดในลักษณะเดียวกับ Hammiche et al . ^{[ 24 ]}การผสมผสานใหม่นี้ของการส่องสว่างจากด้านบน^{[ 4 ]}แหล่งกำเนิด OPO ^{[ 24 ]}และการวัดการขยายตัวทางความร้อน^{[ 2 ] [ 6 ] [ 8 ]}พิสูจน์แล้วว่าสามารถให้ความละเอียดเชิงพื้นที่ระดับนาโนสำหรับการถ่ายภาพและสเปกโทรสโกปีอินฟราเรด (รูปภาพแสดงแผนผังของอุปกรณ์ UEA และผลลัพธ์ที่ได้รับ) การใช้แสงส่องสว่างจากด้านบนโดย Hill และคณะ ทำให้สามารถศึกษาตัวอย่างได้หลากหลายกว่าเทคนิคของ Dazzi อย่างมาก โดยการนำแหล่งกำเนิดแสงอินฟราเรดแบบตั้งโต๊ะและแสงส่องสว่างจากด้านบนมาใช้ ผลงานของ Hammiche, Hill และคณะ ทำให้เกิดเครื่องมืออินฟราเรดแบบ SPM ที่ใช้งานได้ในเชิงพาณิชย์เป็นครั้งแรก (ดูหัวข้อ การนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์)

Reading และคณะได้สำรวจการใช้ QCL แบบบรอดแบนด์ร่วมกับการวัดการขยายตัวทางความร้อน^{[ 40 ]}ข้างต้น มีการกล่าวถึงความไม่สามารถของแหล่งกำเนิดความร้อนแบบบรอดแบนด์ในการให้ความละเอียดเชิงพื้นที่สูง (ดูประวัติ) ในกรณีนี้ ความถี่ของการมอดูเลชันถูกจำกัดโดยความเร็วของกระจกของอินเตอร์เฟอโรเมตร ซึ่งในทางกลับกันจะจำกัดความละเอียดเชิงพื้นที่ด้านข้างที่สามารถทำได้ เมื่อใช้ QCL แบบบรอดแบนด์ ความละเอียดจะไม่ถูกจำกัดโดยความเร็วของกระจก แต่โดยความถี่ของการมอดูเลชันของพัลส์เลเซอร์ (หรือรูปคลื่นอื่นๆ) ^{[ 1 ]}ข้อดีของการใช้แหล่งกำเนิดแบบบรอดแบนด์คือสามารถได้ภาพที่ประกอบด้วยสเปกตรัมทั้งหมดหรือบางส่วนของสเปกตรัมสำหรับแต่ละพิกเซล ซึ่งมีประสิทธิภาพมากกว่าการได้ภาพโดยอิงจากความยาวคลื่นเดียว ผลลัพธ์เบื้องต้นของ Reading และคณะ [ ^{40 ] แสดง}ให้เห็นว่าการส่ง QCL แบบบรอดแบนด์ผ่านอินเตอร์เฟอโรเมตรสามารถให้การตอบสนองที่ตรวจจับได้ง่ายจากโพรบ AFM แบบดั้งเดิมที่วัดการขยายตัวทางความร้อน

เทคนิค AFM-IR ที่ใช้แหล่งกำเนิดเลเซอร์อินฟราเรดแบบพัลส์ได้รับการพัฒนาเชิงพาณิชย์โดย Anasys Instruments ซึ่งเป็นบริษัทที่ก่อตั้งโดย Reading, Hammiche และ Pollock ในสหราชอาณาจักรในปี 2547 ^{[ 31 ] [ 41 ]}และบริษัทในเครือในสหรัฐอเมริกาได้ก่อตั้งขึ้นในอีกหนึ่งปีต่อมา Anasys Instruments พัฒนาผลิตภัณฑ์โดยได้รับการสนับสนุนจากสถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีแห่งชาติและมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติเนื่องจากเลเซอร์อิเล็กตรอนอิสระหายากและมีให้บริการเฉพาะในสถาบันที่เลือกเท่านั้น กุญแจสำคัญในการทำให้ AFM-IR สามารถใช้งานได้ในเชิงพาณิชย์คือการแทนที่ด้วยแหล่งกำเนิดอินฟราเรดที่มีขนาดกะทัดรัดกว่า ตามแนวทางของ Hammiche et alในปี 2544 ^{[ 24 ]}และ Hill et alในปี 2551 ^{[ 12 ]} Anasys Instruments ได้เปิดตัวผลิตภัณฑ์ AFM-IR ในช่วงต้นปี 2553 โดยใช้แหล่งกำเนิดเลเซอร์แบบตั้งโต๊ะที่ใช้ตัวกำเนิดพารามิเตอร์เชิงแสงแบบนาโนวินาที^{[ 36 ]}แหล่งกำเนิด OPO ช่วยให้สามารถวิเคราะห์สเปกตรัมอินฟราเรดระดับนาโนในช่วงการปรับจูนประมาณ 1000–4000 cm ⁻¹หรือ 2.5-10 μm

ผลิตภัณฑ์เริ่มต้นต้องใช้ตัวอย่างที่ติดตั้งบนปริซึมโปร่งแสงอินฟราเรด โดยแสงอินฟราเรดจะถูกส่งมาจากด้านล่างในลักษณะเดียวกับที่ Dazzi และคณะได้ กล่าว ไว้^{[หมายเหตุ 3 ]}เพื่อการทำงานที่ดีที่สุด แผนการให้แสงนี้ต้องใช้ตัวอย่างบาง โดยมีความหนาที่เหมาะสมน้อยกว่า 1 μm ^{[ 24 ]}ซึ่งเตรียมไว้บนพื้นผิวของปริซึม ในปี 2556 Anasys ได้เปิดตัวเครื่องมือ AFM-IR โดยอิงจากงานของ Hill และคณะ [ ^{12 ] [ 28 ] ซึ่ง}รองรับการให้แสงจากด้านบน “ด้วยการกำจัดความจำเป็นในการเตรียมตัวอย่างบนปริซึมโปร่งแสงอินฟราเรดและการผ่อนคลายข้อจำกัดเกี่ยวกับความหนาของตัวอย่าง ทำให้ขอบเขตของตัวอย่างที่สามารถศึกษาได้ขยายออกไปอย่างมาก” ซีอีโอของ Anasys Instruments ตระหนักถึงความสำเร็จนี้โดยเรียกมันว่า “ความก้าวหน้าครั้งสำคัญที่น่าตื่นเต้น” ในจดหมายที่เขียนถึงมหาวิทยาลัยและรวมอยู่ในรายงานฉบับสุดท้ายของโครงการ EPSRC EP/C007751/1 ^{[ 42 ]}เทคนิค UEA ได้กลายเป็นผลิตภัณฑ์หลักของ Anasys Instruments

เป็นที่น่าสังเกตว่าสเปกตรัมอินฟราเรดแรกที่ได้จากการวัดการขยายตัวทางความร้อนโดยใช้ AFM นั้นได้มาโดย Hammiche และเพื่อนร่วมงาน^{[ 6 ]}โดยไม่ต้องเหนี่ยวนำการเคลื่อนที่แบบเรโซแนนซ์ในคานยื่นของหัววัด ในตัวอย่างแรกนี้ ความถี่การมอดูเลชันต่ำเกินไปที่จะได้ความละเอียดเชิงพื้นที่สูง แต่โดยหลักการแล้วไม่มีอะไรขัดขวางการวัดการขยายตัวทางความร้อนที่ความถี่สูงขึ้นโดยไม่ต้องวิเคราะห์หรือเหนี่ยวนำพฤติกรรมเรโซแนนซ์^{[ 1 ]}ตัวเลือกที่เป็นไปได้สำหรับการวัดการกระจัดของปลายหัววัดแทนที่จะเป็นการแพร่กระจายของคลื่นตามคานยื่น ได้แก่ การแทรกสอดที่โฟกัสที่ปลายคานยื่นซึ่งเป็นที่ตั้งของหัววัด การเคลื่อนที่แบบบิดที่เกิดจากหัววัดแบบออฟเซ็ต (ซึ่งจะได้รับอิทธิพลจากการเคลื่อนที่ของคานยื่นในฐานะผลกระทบอันดับสองเท่านั้น) และการใช้ประโยชน์จากข้อเท็จจริงที่ว่าสัญญาณจากหัววัดความร้อนที่ได้รับความร้อนนั้นได้รับอิทธิพลอย่างมากจากตำแหน่งของหัววัดเมื่อเทียบกับพื้นผิว ดังนั้นจึงสามารถให้การวัดการขยายตัวทางความร้อนที่ไม่ได้รับอิทธิพลหรือขึ้นอยู่กับเรโซแนนซ์อย่างมาก ข้อดีของวิธีการตรวจจับที่ไม่ใช้การสั่นพ้องคือสามารถใช้การปรับแสงความถี่ใดก็ได้ ทำให้สามารถรับข้อมูลความลึกได้อย่างเป็นระบบ (ดูด้านล่าง) ในขณะที่วิธีการที่อาศัยการสั่นพ้องจะจำกัดอยู่ที่ฮาร์โมนิก วิธีการที่ใช้โพรบความร้อนของ Hammiche et al . ^{[ 1 ]}ได้ถูกนำไปใช้งานเป็นจำนวนมาก^{[ 14 ] [ 28 ]}

แอปพลิเคชันเฉพาะที่ทำได้โดยการใช้แสงส่องจากด้านบนร่วมกับโพรบความร้อน^{[ 4 ]}คือการสร้างโปรไฟล์ความลึกเฉพาะที่^{[ 28 ]}ซึ่งไม่สามารถทำได้โดยใช้การกำหนดค่า AFM-IR ของ Dazzi et al . หรือของ Hill et al . แม้ว่าแบบหลังจะใช้แสงส่องจากด้านบนก็ตาม การได้มาซึ่งเส้นสแกน^{[ 4 ] [ 43 ]}และภาพ^{[ 28 ]}ด้วยโพรบความร้อนนั้นเป็นไปได้ ความละเอียดเชิงพื้นที่ต่ำกว่าขีดจำกัดการเลี้ยวเบนสามารถทำได้^{[ 4 ]}และความละเอียดสำหรับการกำหนดขอบเขตสามารถเพิ่มขึ้นได้โดยใช้เทคนิคเคมีเมตริก^{[ 28 ] [ 43 ]}

ในตัวอย่างทั้งหมดนี้ สเปกตรัมจะถูกเก็บรวบรวมซึ่งครอบคลุมช่วงอินฟราเรดกลางทั้งหมดสำหรับแต่ละพิกเซล ซึ่งมีประสิทธิภาพมากกว่าการวัดการดูดกลืนของความยาวคลื่นเดียวอย่างมาก เช่นเดียวกับกรณีของ AFM-IR เมื่อใช้วิธีการของ Dazzi et al . หรือ Hill et al . Reading และกลุ่มของเขาได้แสดงให้เห็นว่า เนื่องจากหัววัดความร้อนสามารถให้ความร้อนได้ การวิเคราะห์ความร้อนเฉพาะที่^{[ 4 ] [ 28 ] [ 29 ]}สามารถรวมเข้ากับสเปกโทรสโกปีอินฟราเรดแบบโฟโตเทอร์มอลโดยใช้หัววัดเดียวได้ ด้วยวิธีนี้ ข้อมูลทางเคมีเฉพาะที่สามารถเสริมด้วยคุณสมบัติทางกายภาพเฉพาะที่ เช่น อุณหภูมิหลอมเหลวและอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะของแก้ว^{[ 29 ]}ซึ่งนำไปสู่แนวคิดของการสุ่มตัวอย่างนาโนโดยใช้ความร้อนช่วย^{[ 5 ] [ 28 ]}โดยที่ปลายที่ให้ความร้อนจะทำการทดลองวิเคราะห์ความร้อนเฉพาะที่ จากนั้นหัววัดจะถูกดึงกลับโดยนำวัสดุที่อ่อนตัวลงไปจนถึงระดับเฟมโตแกรม^{[หมายเหตุ 4 ]}ที่ยึดติดกับปลายไปด้วย^{[ 38 ]}จากนั้นวัสดุนี้สามารถจัดการและ/หรือวิเคราะห์ได้โดยใช้สเปกโทรสโกปีอินฟราเรดแบบโฟโตเทอร์มอลหรือเทคนิคอื่นๆ^{[ 5 ] [ 44 ] [ 45 ] [ 46 ] [ 47 ]}ซึ่งช่วยเพิ่มพลังการวิเคราะห์ของเครื่องมืออินฟราเรดแบบ SPM ประเภทนี้ได้อย่างมาก เหนือกว่าสิ่งที่สามารถทำได้ด้วยโพรบ AFM แบบดั้งเดิม เช่นที่ใช้ใน AFM-IR เมื่อใช้เวอร์ชันของ Dazzi et al . หรือ Hill et al .

เทคนิคการตรวจวัดด้วยหัววัดความร้อนยังไม่สามารถให้ความละเอียดเชิงพื้นที่ระดับนาโนเมตรได้เทียบเท่ากับวิธีการขยายตัวทางความร้อน แม้ว่าในทางทฤษฎีแล้วจะเป็นไปได้ก็ตาม สำหรับการนี้ จำเป็นต้องใช้หัววัดความร้อนที่แข็งแรงและแหล่งกำเนิดที่มีความเข้มสูง เมื่อเร็วๆ นี้ Reading et al. ^{[ 40 ]} ได้ภาพแรกโดยใช้ QCL และหัววัด ความร้อน อัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนที่ดีทำให้สามารถถ่ายภาพได้อย่างรวดเร็ว แต่ความละเอียดเชิงพื้นที่ระดับต่ำกว่าไมครอนยังไม่ได้รับการพิสูจน์อย่างชัดเจน ทฤษฎีคาดการณ์ว่าการปรับปรุงความละเอียดเชิงพื้นที่สามารถทำได้โดยการจำกัดการวิเคราะห์ข้อมูลเฉพาะส่วนต้นของการตอบสนองทางความร้อนต่อการเปลี่ยนแปลงแบบขั้นบันไดที่เพิ่มขึ้นของความเข้มของรังสีที่ตกกระทบ ด้วยวิธีนี้จะหลีกเลี่ยงการปนเปื้อนของการวัดจากบริเวณใกล้เคียงได้ กล่าวคือ หน้าต่างการวัดสามารถจำกัดให้เหลือเพียงเศษส่วนที่เหมาะสมของเวลาการเดินทางของคลื่นความร้อน (การใช้การวิเคราะห์ฟูริเยร์ของการตอบสนองสามารถให้ผลลัพธ์ที่คล้ายกันโดยใช้ส่วนประกอบความถี่สูง) สิ่งนี้สามารถทำได้โดยการแตะหัววัดให้ตรงกับเลเซอร์ ในทำนองเดียวกัน เลเซอร์ที่ให้การปรับเปลี่ยนอย่างรวดเร็วมากสามารถลดความยาวการแพร่กระจายความร้อนได้อีกด้วย

แม้ว่าความพยายามส่วนใหญ่ในปัจจุบันจะมุ่งเน้นไปที่การวัดการขยายตัวทางความร้อน แต่สิ่งนี้อาจเปลี่ยนแปลงได้ โพรบวัดความร้อนที่มีความทนทานอย่างแท้จริงเพิ่งมีวางจำหน่ายเมื่อไม่นานมานี้^{[ 48 ]}เช่นเดียวกับ QCL ขนาดกะทัดรัดราคาไม่แพงที่สามารถปรับความถี่ได้ในช่วงกว้าง ดังนั้นในไม่ช้าเทคนิคการใช้โพรบวัดความร้อนอาจจะถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเช่นเดียวกับเทคนิคที่ใช้การขยายตัวทางความร้อน ในที่สุด เครื่องมือที่สามารถสลับระหว่างโหมดต่างๆ ได้อย่างง่ายดายและแม้กระทั่งรวมโหมดต่างๆ เข้าด้วยกันโดยใช้โพรบเดียวก็จะมีวางจำหน่ายอย่างแน่นอน ตัวอย่างเช่น โพรบเดียวจะสามารถวัดได้ทั้งอุณหภูมิและการขยายตัวทางความร้อนในที่สุด

เครื่องมือ AFM-IR เชิงพาณิชย์ดั้งเดิมต้องการตัวอย่างส่วนใหญ่ที่มีความหนามากกว่า 50 นาโนเมตรเพื่อให้ได้ความไวที่เพียงพอ การปรับปรุงความไวทำได้โดยใช้หัววัดแบบคานยื่นพิเศษที่มีตัวเรโซเนเตอร์ภายใน^{[ 49 ]}และโดยเทคนิคการประมวลผลสัญญาณแบบเวฟเล็ต^{[ 50 ]}ความไวได้รับการปรับปรุงเพิ่มเติมโดย Lu et al . ^{[ 25 ]}โดยใช้แหล่งกำเนิดเลเซอร์ควอนตัมแคสเคด (QCL) อัตราการทำซ้ำสูงของ QCL ช่วยให้แสงอินฟราเรดที่ถูกดูดซับสามารถกระตุ้นปลาย AFM อย่างต่อเนื่องที่ " เรโซแนนซ์สัมผัส " ^{[หมายเหตุ 5 ]}ของคานยื่น AFM AFM-IR ที่ได้รับการปรับปรุงด้วยเรโซแนนซ์นี้ เมื่อรวมกับการเพิ่มความเข้มของสนามไฟฟ้าจากปลายโลหะและพื้นผิว ทำให้เกิดการสาธิตสเปกโทรสโกปี AFM-IR และการสร้างภาพองค์ประกอบของฟิล์มที่บางเท่ากับโมโนเลเยอร์ที่ประกอบตัวเองเพียงชั้นเดียว^{[ 25 ]} AFM-IR ยังได้รับการบูรณาการกับแหล่งกำเนิดอื่นๆ รวมถึง OPO แบบพิโควินาที^{[ 24 ]}ซึ่งให้ช่วงการปรับจูนตั้งแต่ 1.55 μm ถึง 16 μm (จาก 6450 cm ⁻¹ถึง 625 cm ⁻¹ )

ในการพัฒนาเบื้องต้น โดยใช้ตัวอย่างที่วางบนปริซึมโปร่งใสและใช้แหล่งกำเนิดเลเซอร์ OPO ความไวของ AFM-IR ถูกจำกัดไว้ที่ความหนาขั้นต่ำของตัวอย่างประมาณ 50-100 นาโนเมตร ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น^{[ 8 ] [ 16 ] [ 33 ] [ 51 ]}การเกิดขึ้นของเลเซอร์ควอนตัมแคสเคด (QCL) และการใช้การเสริมความเข้มของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าระหว่างโพรบโลหะและพื้นผิวได้ปรับปรุงความไวและความละเอียดเชิงพื้นที่ของ AFM-IR ไปจนถึงการวัดโมโนเลเยอร์ที่ประกอบตัวเองขนาดใหญ่ (>0.3 μm) และแบนราบ (~2–10 nm) ซึ่งยังคงมีโมเลกุลอยู่หลายร้อยโมเลกุล^{[ 25 ]} Ruggeri et al. เมื่อเร็วๆ นี้ได้มีการพัฒนา AFM-IR แบบไม่เรโซแนนซ์ พลังงานต่ำ และพัลส์สั้น (ORS-nanoIR) เพื่อพิสูจน์การได้มาซึ่งสเปกตรัมการดูดกลืนอินฟราเรดและแผนที่ทางเคมีในระดับโมเลกุลเดี่ยว ในกรณีของการประกอบโมเลกุลขนาดใหญ่^{[ 17 ] [ 22 ] [ 21 ]}และโมเลกุลโปรตีนขนาดใหญ่ด้วยความละเอียดเชิงพื้นที่ประมาณ 10 นาโนเมตร^{[ 18 ]}

AFM-IR ช่วยให้สามารถทำการวิเคราะห์สเปกตรัมอินฟราเรดระดับนาโนได้^[ 52 ] ^{กล่าวคือ}ความสามารถในการได้รับสเปกตรัมการดูดกลืนอินฟราเรดจากบริเวณระดับนาโนของตัวอย่าง

การทำแผนที่องค์ประกอบทางเคมีด้วย AFM-IR ยังสามารถใช้ในการสร้างภาพทางเคมีหรือการทำแผนที่องค์ประกอบด้วยความละเอียดเชิงพื้นที่ที่ต่ำถึง ~10-20 นาโนเมตร^{[ 18 ]}ซึ่งจำกัดเฉพาะรัศมีของปลาย AFM เท่านั้น ในกรณีนี้ แหล่งกำเนิดอินฟราเรดที่ปรับได้จะปล่อยคลื่นความยาวเดียว ซึ่งสอดคล้องกับการสั่นพ้องของโมเลกุลที่เฉพาะเจาะจง กล่าวคือ แถบการดูดซับอินฟราเรดที่เฉพาะเจาะจง โดยการทำแผนที่แอมพลิจูดการสั่นของคาน AFM เป็นฟังก์ชันของตำแหน่ง จะสามารถระบุการกระจายขององค์ประกอบทางเคมีที่เฉพาะเจาะจงได้ สามารถสร้างแผนที่องค์ประกอบได้ที่แถบการดูดซับที่แตกต่างกันเพื่อเปิดเผยการกระจายของชนิดทางเคมีที่แตกต่างกัน

เทคนิค AFM-IR สามารถให้การวัดที่เสริมกันของความแข็งเชิงกลและการสูญเสียพลังงานของพื้นผิวตัวอย่างได้พร้อมกัน เมื่อแสงอินฟราเรดถูกดูดซับโดยตัวอย่าง การขยายตัวทางความร้อนอย่างรวดเร็วที่เกิดขึ้นจะกระตุ้น "การสั่นพ้องแบบสัมผัส" ของคาน AFM กล่าวคือ การสั่นพ้องแบบคู่ที่เกิดจากคุณสมบัติของทั้งคานและความแข็งและความหน่วงของพื้นผิวตัวอย่าง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ความถี่ของการสั่นพ้องจะเลื่อนไปที่ความถี่สูงขึ้นสำหรับวัสดุที่แข็งกว่า และไปที่ความถี่ต่ำลงสำหรับวัสดุที่อ่อนกว่า นอกจากนี้ การสั่นพ้องจะกว้างขึ้นสำหรับวัสดุที่มีการสูญเสียพลังงานมากขึ้น การสั่นพ้องแบบสัมผัสเหล่านี้ได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางโดยชุมชน AFM ( ดูตัวอย่างเช่นกล้องจุลทรรศน์อะคูสติกแรงอะตอม ) AFM แบบสั่นพ้องแบบสัมผัสแบบดั้งเดิมต้องใช้ตัวกระตุ้นภายนอกเพื่อกระตุ้นการสั่นพ้องแบบสัมผัสของคาน ใน AFM-IR การสั่นพ้องแบบสัมผัสเหล่านี้จะถูกกระตุ้นโดยอัตโนมัติทุกครั้งที่พัลส์อินฟราเรดถูกดูดซับโดยตัวอย่าง ดังนั้นเทคนิค AFM-IR จึงสามารถวัดการดูดซับอินฟราเรดโดยใช้แอมพลิจูดของการตอบสนองการสั่นของคานและคุณสมบัติทางกลของตัวอย่างผ่านความถี่เรโซแนนซ์สัมผัสและปัจจัยคุณภาพ^{[ 53 ]}

การประยุกต์ใช้ AFM-IR ได้แก่ การจำแนกลักษณะของโปรตีน^{[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] [ 54 ]}โพลิเมอร์คอมโพสิต [ ^{15 ] [ 36 ] [ 38 ] [ 39 ] [ 55 ] [ 56 ] แบคทีเรีย} [ ^{37 ] [ 57 ] [ 58 ] [ 59 ]}เซลล์^{[ 60 ] [ 61 ] [ 62 ] [ 63 ] [ 64 ]}แร่ชีวภาพ^{[ 65 ] [ 66 ]}วิทยาศาสตร์เภสัชกรรม^{[ 17 ] [ 35 ] [ 67 ] [ 68 ] โฟโตนิ ก}ส์/นาโนแอนเทน^{นา[ 69 ] [ 70 ] [ 71 ] [ 72 ] เซลล์}เชื้อเพลิง^{[ 73 ]}เส้นใย^{[ 39 ] [ 74 ]}ผิวหนัง^{[ 75 ]}เส้นผม^{[ 76 ]}โครงสร้างโลหะอินทรีย์^{[ 77 ]}ไมโครดรอปเล็ต[ ^{51 ] โมโน}เลเยอร์ที่ประกอบตัวเอง^{[ 25 ]}นาโนคริสตัล^{[ 78 ]}และ^สารกึ่งตัวนำ [ ^{79 ]}

มีการใช้ AFM-IR ในการระบุและแมปส่วนประกอบของพอลิเมอร์ในส่วนผสม^{[ 39 ]}กำหนดลักษณะอินเทอร์เฟซในคอมโพสิต^{[ 80 ]}และแม้กระทั่งวิศวกรรมย้อนกลับฟิล์มหลายชั้น^{[ 15 ]}นอกจากนี้ AFM-IR ยังถูกใช้เพื่อศึกษาองค์ประกอบทางเคมีในพอลิเมอร์นำไฟฟ้า Poly(3][4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) ^{[ 56 ]}และการแทรกซึมของไอเข้าไปในเส้นใยโพลีเอทิลีนเทเรฟทาเลต PET ^{[ 74 ]}

คุณสมบัติทางเคมีและโครงสร้างของโปรตีนกำหนดปฏิสัมพันธ์ของโปรตีน และด้วยเหตุนี้จึงกำหนดหน้าที่ของโปรตีนในกระบวนการทางชีวเคมีที่หลากหลาย นับตั้งแต่ผลงานบุกเบิก ของ Ruggeri et al. ^{[ 16 ]}เกี่ยวกับเส้นทางการรวมตัวของโดเมน Josephin ของ ataxin-3 ซึ่งเป็นสาเหตุของโรค spinocerebellar ataxia ชนิดที่ 3 ซึ่งเป็นโรคที่เกิดจากการพับตัวผิดปกติของโปรตีนที่ถ่ายทอดทางพันธุกรรม AFM-IR ได้ถูกนำมาใช้เพื่อกำหนดลักษณะโครงสร้างโมเลกุลในแอปพลิเคชันที่หลากหลายในด้านโปรตีนและวิทยาศาสตร์ชีวภาพ^{[ 81 ]}แนวทางนี้ได้ให้ข้อมูลเชิงลึกเชิงกลไกใหม่เกี่ยวกับพฤติกรรมของโปรตีนและเปปไทด์ที่เกี่ยวข้องกับโรค เช่น Aβ42 ^{[ 17 ]} huntingtin ^{[ 21 ]}และ FUS ^{[ 53 ]}ซึ่งเกี่ยวข้องกับการเกิดโรคอัลไซเมอร์ โรคฮันติงตัน และโรคกล้ามเนื้ออ่อนแรง (ALS) ในทำนองเดียวกัน AFM-IR ได้ถูกนำมาใช้เพื่อศึกษาวัสดุชีวภาพเชิงฟังก์ชันที่ใช้โปรตีนเป็นพื้นฐาน^{[ 54 ]}

AFM-IR ถูกนำมาใช้เพื่อกำหนดลักษณะเฉพาะของโครโมโซม^{[ 82 ]}แบคทีเรีย^{[ 59 ]}และเซลล์^{[ 60 ]} อย่างละเอียด ด้วยความละเอียดระดับนาโนเมตร ตัวอย่างเช่น ในกรณีของการติดเชื้อแบคทีเรียโดยไวรัส^{[ 59 ]} ( แบคทีริโอเฟจ ) และการผลิตเวสิเคิลโพลีไฮดรอก ซีบิวทิเรต (PHB) ภายในเซลล์Rhodobacter capsulatus ^{[ 58 ]}และไตรกลีเซอไรด์^{[ 46 ]}ในแบคทีเรียStreptomyces (สำหรับการใช้งาน เชื้อเพลิงชีวภาพ ) นอกจากนี้ AFM-IR ยังถูกนำมาใช้เพื่อประเมินและทำแผนที่ปริมาณแร่ธาตุ ความเป็นผลึก ความสมบูรณ์ของคอลลาเจน และปริมาณกรดฟอสเฟตผ่านการวิเคราะห์อัตราส่วนของแถบการดูดซับต่างๆ ในกระดูก^{[ 66 ]} AFM-IR ยังถูกนำมาใช้เพื่อทำการสเปกโทรสโกปีและการทำแผนที่ทางเคมีของลิปิดโครงสร้างในผิวหนังมนุษย์^{[ 75 ]}เซลล์^{[ 60 ]}และเส้นผม^{[ 76 ]}

AFM-IR ถูกนำมาใช้เพื่อศึกษา เมมเบรน Nafion ที่มีน้ำ ซึ่งใช้เป็นตัวแยกในเซลล์เชื้อเพลิงการวัดเผยให้เห็นการกระจายตัวของน้ำอิสระและน้ำที่จับกับไอออนบนพื้นผิว Nafion ^{[ 73 ]}

AFM-IR ถูกนำมาใช้เพื่อศึกษาการเรโซแนนซ์ของพลาสมอนบนพื้นผิว ใน ไมโครอนุภาคอินเดียมอาร์เซไนด์ที่เจือด้วยซิลิคอนจำนวนมาก^{[ 79 ]}ตัวเรโซเนเตอร์แบบวงแหวนแยกทองคำได้รับการศึกษาเพื่อใช้กับสเปกโทรสโกปีการดูดกลืนอินฟราเรดแบบเพิ่มประสิทธิภาพบนพื้นผิว ในกรณีนี้ AFM-IR ถูกใช้เพื่อวัดการเพิ่มประสิทธิภาพสนามเฉพาะที่ของโครงสร้างพลาสมอนิกส์ (~30X) ที่ความละเอียดเชิงพื้นที่ 100 นาโนเมตร^{[ 69 ] [ 80 ]}

AFM-IR ถูกนำมาใช้เพื่อศึกษาการผสมและการแยกเฟสในส่วนผสมของยาและพอลิเมอร์^{[ 67 ] [ 68 ]}การวิเคราะห์ทางเคมีของอนุภาคยาผลึกนาโนที่มีขนาดเล็กเพียง 90 นาโนเมตร^{[ 35 ]}ปฏิสัมพันธ์ของโครโมโซมกับยาเคมีบำบัด^{[ 82 ]}และของอะไมลอยด์กับวิธีการทางเภสัชวิทยาเพื่อต่อต้านการเสื่อมของระบบประสาท^{[ 17 ]}

• การถ่ายภาพด้วยรังสีอินฟราเรดที่เหนือกว่าขีดจำกัดการเลี้ยวเบน (กลุ่มวิจัย NIST Andrea Centrone)
• การวิเคราะห์สเปกตรัมระดับไมโครด้วยความละเอียดระดับต่ำกว่าความยาวคลื่น (กลุ่มวิจัยของมิคาอิล เบลกิน มหาวิทยาลัยเท็กซัส)
• กลุ่มวิจัยกล้องจุลทรรศน์และสเปกโทรสโกปีระดับนาโน (มหาวิทยาลัยวาเกนิงเงน กลุ่มวิจัยรุจเจรี)