Understanding the dissolution processes of minerals can provide key insights into geochemical processes. Attempts to explain some of the observations during the dissolution of calcite (CaCO3) have led to the hypothesis that a hydration layer forms, althou
了解矿物的溶解过程可以为地球化学过程提供关键见解。试图解释方解石（CaCO3）溶解过程中的一些观察结果，导致了水合层形成的假设，尽管这有争议
水合层也很重要，因为它们在许多过程中发挥作用，包括粘附、腐蚀和润湿，以及蛋白质的折叠、稳定性和识别
现在，由日本金泽大学纳米生命科学研究所（WPI NanoLSI）的Kazuki Miyata、Adam S.Foster和Takeshi Fukuma领导的研究人员成功升级了他们的原子力显微镜，以获得所需的时间和空间分辨率的成像数据，从而获得3D结构图像，为方解石溶解过程中形成水合层提供直接证据
这项研究发表在《纳米快报》杂志上
方解石溶解过程中形成水合层的假设是由该过程的模拟提出的，该过程表明，当方解石溶解时，会在“过渡区域”产生Ca（OH）2层
尽管Ca（OH）2在块状或平坦阶地上不稳定，但它可以从台阶边缘结构中获得一些稳定性，尽管其背后的机制尚不清楚
这可以解释台阶边缘附近的Ca（OH）2的稳定性，但由于实验中观察到的过渡区域跨越了几纳米，作者提出了Ca（OH”2通过水合结构与台阶的间接相互作用获得稳定性的可能性
然而，正如研究人员在他们的报告中指出的那样，由于缺乏对固液界面结构变化进行成像的技术，水合效应仍然“知之甚少”原子力显微镜（AFM）通过使用纳米级悬臂来感觉表面，有点像录音机的针感觉乙烯基中的凹槽，从而获得高分辨率图像。然而，尽管高速（HS）AFM的发明可以实现图像采集速率的巨大变化，但AFM仍然受到速度和空间分辨率之间权衡的影响
将其应用于溶解过程研究的努力也受到阻碍，因为该工具旨在扫描二维表面的拓扑结构和相互作用，而矿物的溶解涉及三维结构变化
之前的工作加快了更高分辨率的“调频”（FM）AFM，使图像采集时间从一分钟缩短到仅0.5秒/帧。这一升级使作者能够对过渡区域进行成像，从中推断出水合层的存在，但需要一些外推来从2D-AFM数据与3D模拟的比较中提取3D结构信息，这让一些人对结论产生了怀疑
之前已经证明了使用AFM对AFM进行修改以提取3D力数据，尽管再次进行了一些改进以加快速度，但图像采集时间仍然高达约1分钟/帧，无法观察动态过程
作者通过将HS-FM-AFM与3D-SFM相结合来克服所有这些缺点。这涉及增加3D-SFM的带宽，同时保持10-100nN的力分辨率，横向扫描和三维信号的快速同步，以及悬臂频率偏移的快速记录。有了这些，研究人员能够在1.6秒/帧的时间内捕获3D-SFM图像。他们使用这种方法对方解石的溶解进行成像
他们在报告中指出：“本研究中产生的HS-3D-SFM图像清楚地显示了模拟预测的3D分布，从而支持了扩展水合层的存在。”