原子力显微镜技术在细胞研究中的进展

原子力显微镜(AFM)是生物显微技术的一个重要组成部分,可实现液体环境下活细胞高分辨率的成像与操作,为细胞生物学研究提供了新的方法。近年来,AFM已经逐渐发展成为集样品成像、力测量及操作等功能于一体的多功能生物细胞研究平台,在细胞研究中得到了广泛的应用。在简要介绍AFM组成与工作原理的基础上,详细阐述了近年来基于AFM成像与力谱技术的细胞研究的发展状况。针对AFM本身所存在的不足,介绍了AFM与其他技术相结合的研究成果,并对AFM在生物细胞研究中未来的发展方向进行了展望。     

美国伊利诺斯大学发展新颖纳米级化学鉴定技术

提http://engineering.illinois.edu网站报道,20多年来,研究人员一直是利用原子力显微技术(AFM)来测量和表征纳米尺度的材料的。然而,直到现在,利用原子力显微技术一般还无法对材料的化学过程和化学性质进行测量。美国伊利诺斯大学的研究人员最近报告,他们利用一种叫做原子力显微红外光谱技术(AFM-IR)的新颖技术测量到了小至15 nm的聚合物纳米结构的化学性质。美国伊利诺斯大学机械科学与工程系的William P.King教授解释说,AFM-IR是一种能     

原子力显微镜在液相条件下的成像分析

本研究利用原子力显微镜(atomic force microscope,AFM)分别对Al2O3纳米模板、云母片及数字光盘在固相及液相务件下进行形貌扫描和云母片上的力 - 距离曲线测量.实验结果分析表明液相条件可以降低针尖的展宽效应,使得形貌成像更能够显示出物体的细微结构.在液相条件下,由于样品表面消除了静电效应和液体的阻滞力结果,力 - 距离曲线显示了较好的力均一性.这些结果为AFM实验技术研究生理条件下的生物样品的形态学及生物分子之间的相互作用力提供了实验可行性.     

基于轻敲模式AFM的纳米振动表征方法

针对纳米振动测量方法中存在的间接性、低分辨率、低带宽等局限性,建立了原子力显微镜(AFM)的轻敲模式下探针与振动样品间相互作用的振动系统模型,采用Runge-Kutta数值积分方法分析了AFM测振技术的可行性和工作带宽.使用静电激励的双端固支纳米梁作为测试结构,采用AFM轻敲模式测试了样品的幅频响应特性.同时采用显微激光多普勒测振系统进行了比对测试,测量结果与AFM轻敲力曲线模式的测量结果相符,也表现出AFM轻敲模式的测量误差具有与测试样品相关的频率特性.     

纳米台阶标准样板的制备和表征

介绍了纳米标准样板在纳米量值溯源体系中的重要作用和制备纳米标准样板的基本要求,设计了适用于多用途的标准值为100nm纳米台阶标准样板的特征结构和制备工艺流程,阐述了纳米测量装置的工作原理以及原子力测头(AFM)、激光聚焦式测头(LFS)、扫描白光干涉测头(SWLIS)的参数指标和适用范围。分别利用纳米测量机(NMM)的多种测头对纳米标准样板进行表征,对SIMT100纳米标准样板A区域开展重复性实验、区域均匀性实验和长时间稳定性实验。结果表明,设计与制备的SIMT100纳米标准样板A区域的高度值具有较好的量值传递特性。台阶标准片的测量重复性、区域均匀性和稳定性的标准偏差均小于1nm。     

原子力显微术应用于单细胞水平肿瘤研究的进展

肿瘤现已严重威胁人类的生命健康.过去十年间在细胞生物力学方面的研究进展表明肿瘤的发生发展过程中总伴随着细胞表面超微形貌和机械特性的变化,为肿瘤研究带来了新的认识,有助于发展新型免标记临床疾病诊断技术.原子力显微镜(AFM)以其纳米级空间分辨率,溶液环境下对活体细胞、组织等生物样本进行成像、测量的独特优势,成为肿瘤细胞生物力学研究的重要工具.本文综述了AFM在肿瘤细胞机械特性测量,超微形貌成像,及分子识别方面的研究进展,对其面临的困难和挑战进行了讨论,并对其应用前景进行了展望.     

纳米尺度标准样片光学表征方法的研究

重点研究了纳米尺度标准样片的光学表征方法。采用基于纳米测量机(NMM)的激光聚焦传感器(LFS)和扫描白光干涉传感器(SWLIS)分别对平面尺度的标准样片和台阶标准样片进行了测量、分析与比较。实验结果表明,利用该纳米测量机LFS对标定值为3μm的TGZ1一维栅格样片进行测量,其扩展不确定度为4.2 nm,实现了精确表征。利用SWLIS测量方法对标定值为49.217μm的SHS8-50.0高台阶标准样板进行测量,测量不确定度分析结果为0.065 7μm,实现了采用光学检测技术跨尺度对纳米尺度精密器件和结构进行表征。扩大了基于纳米测量机光学表征方法的应用范围,有利于纳米几何量量值溯源体系的建立。     

AFM 在纳米结构加工中的应用研究

文中阐述了基于自行研制的原子力显微镜(AFM) 的纳米刻蚀加工方法,研究了针尖 上的载荷大小和扫描次数对加工深度的影响,利用AFM 的微探针在氧化铝(Al2O3) 材料表面加工出纳米结构,验证了该加工方法的可行性。实验结果表明基于AFM 的纳米刻蚀技术可作为加工纳米器件的重要手段。     

原子力显微镜在细胞力学特性研究中的进展

原子力显微镜(AFM)能够以高分辨率和高灵敏度实现液体环境下活细胞的操作和检测,利用AFM力曲线测量功能还可以获得细胞力学特性的相关信息。在简要介绍AFM力曲线测量原理的基础上,从细胞的杨氏模量、硬度和配体-受体之间相互作用力三个方面,详细阐述了近年来AFM在细胞力学特性研究中的发展状况,并着重介绍了其在细胞杨氏模量研究中的进展,表明AFM已经成为细胞力学特性研究中重要的生物显微技术。最后,针对AFM的不足及局限性,提出了目前存在的问题,并对AFM在细胞力学特性研究中的前景进行了展望。     

安捷伦推出下一代原子力显微镜

安捷伦科技公司日前宣布推出7500原子力显微镜（AFM）,它设定了新的性能、功能和易用性标准,以进行纳米级测量、表征和操作。Agilent7500可以使用90μmAFM闭环扫描器获得原子级分辨率成像。     

Characterization of the lightguiding structure of optical fibers byatomic force microscopy

For the first time, atomic force microscopy (AFM) is applied to study the lightguiding structure of optical fibers: the local surface topography of an etched fiber endface is profiled with AFM. The etching rate has been studied as a fingerprint to determine the effect of dopant chemistry and preform fabrication conditions on the fiber structure. Structural and geometrical distortions of the lightguiding structure can be directly measured with high spatial resolution. Furthermore, by quantifying the etched depth in relation to the refractive-index change, a spatial mapping of the refractive-index change can be inferred from the AFM profile. These examples demonstrate the effective use of AFM to elucidate, on a nanometric scale, features of the lightguiding structure that contribute to the performance of light transmission     

Integrating Bayesian Inference with Scanning Probe Experiments for Robust Identification of Surface Adsorbate Configurations

Controlling the properties of organic/inorganic materials requires detailed knowledge of their molecular adsorption geometries. This is often unattainable, even with current state-of-the-art tools. Visualizing the structure of complex non-planar adsorbates with atomic force microscopy (AFM) is challenging, and identifying it computationally is intractable with conventional structure search. In this fresh approach, cross-disciplinary tools are integrated for a robust and automated identification of 3D adsorbate configurations. Bayesian optimization is employed with first-principles simulations for accurate and unbiased structure inference of multiple adsorbates. The corresponding AFM simulations then allow fingerprinting adsorbate structures that appear in AFM experimental images. In the instance of bulky (1S)-camphor adsorbed on the Cu(111) surface, three matching AFM image contrasts are found, which allow correlating experimental image features to distinct cases of molecular adsorption.     

基于STM的原子力显微镜的设计及应用

原子力显微镜由于不受物质导电性的限制,已经成为纳米检测和加工的重要手段之一。本文介绍了根据隧道效应检测微悬臂位移的原理自制的原子力显微镜系统,重点讲述了镜体结构及特点。测试结果表明该仪器具有原子量级的分辨率。最后还给出了用该原子力显微镜检测到的几幅试样的三维表面形貌图。     

基于AFM检测信息存储介质表面结构的研究

介绍了原子力显微镜(AFM)的工作原理、组成、特点及其应用领域。利用AFM对光盘和软盘表面结构进行了三维检测,使用CSPM2000Imager软件对扫描得到的图像进行了计算和分析,由所得数据可以看出,DVD光盘将取代CD光盘成为外存的主流,而软盘将被淘汰;利用原子力显微镜对单晶硅进行基于金针的纳米加工,刻蚀出“河南理工大学”的字样。     

碳纳米管原子力显微镜针尖的研究

本文研究了制作碳纳米管原子力显微镜针尖的方法和过程。在光学显微镜下，通过两个微工作台操纵将纯化后的多壁碳纳米管粘结在传统的原子力显微镜的Si针尖上。运用电蚀的方法优化碳管针尖的长度使其达到高分辨率的要求。我们运用制作的碳纳米管针尖在敲击模式下时G型免疫球蛋白进行扫描成像，结果显示了其典型的Y形结构，这是传统AFM的Si针尖无法获得的。     

MnxGe1-x薄膜结构磁性和输运特性的研究

用磁控溅射法制备了Mnx Ge1-x(x=0.05、0.07、0.11、0.15、0.19、0.23、0.26、0.29)系列薄膜样品.X射线衍射(XRD) 表明所有样品为Ge立方体结构,没有发现第二相存在.晶格常数随Mn摩尔浓度增加而增加,符合Vegard定律.磁力显微镜(MFM)测量表明没有明显的磁畴结构出现,原子力显微镜(AFM)测量表明样品表面颗粒均匀并且呈圆柱状生长.X射线光电谱测量表明Mn原子并不是处于单一的正二价态.电子输运特性测量表明室温电阻率随Mn摩尔浓度增加而增加,Mn原子处于深的受主态,电阻率随温度增加而减小,样品仍表现为典型的半导体特性.物理性质测量仪测量表明样品的铁磁性是固有的长程有序的,通过s、p-d载流子的交换耦合来实现.     

原子力显微镜在生殖支原体研究中的应用

为了确定生殖支原体在活性条件下的结构形貌,并在较高的分辨水平上观察其三维形貌结构,本研究采用原子力显微在常温常压下对生殖支原体标准株及分离株进行形态学的初步观察,将标本固定于云母上,在ｔａｐｐｉｎｇ模式下扫描成像,结果显示：生殖支原体多呈烧瓶状或鸭梨状,有突出的颈产及膨大的头端,与电镜观察结果类似,其大小亦与银镜测量结果类似。     

原子力显微镜及其在激光作用DNA的结构研究中的应用

本文描述了原子力显微镜的基本原理与特点，对原子力显微镜在激光作用ＤＮＡ的结构研究中的成功应用作了介绍。     

Fabrication of magnetic micro- and nanostructures by scanning probe lithography

Planar magnetic structures based on cobalt nanofilms have been obtained by scanning probe lithography. It has been shown that ferromagnetic nanoparticles with different domain structures can be formed by local oxidation of a cobalt film on a graphite substrate with the use of a conductive probe of an atomic force microscope (AFM). Using AFM nanoengraving of polymethylmethacrylate, masks were formed to obtain microcontact pads connected by cobalt nanowires with a width of 250–1400 nm and a thickness of 10–30 nm on the silicon dioxide surface. The topography and magnetization structure of the obtained samples were controlled by atomic and magnetic force microscopy.