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.     

原子力显微镜磁驱动轻敲模式在活细胞成像中的应用研究

应用MI公司最新发展的磁驱动轻敲模式(MAC mode)时体外培养成纤维细胞系3T3细胞进行在位成像研究.分别用力常数为0.95 N/m及0.03 N/m的微悬臂进行磁驱动轻敲模式成像,并与接触模式进行比较.同时研究了固定细胞与活体细胞之间的形貌差异.结果显示,利用上述两种微悬臂探针,磁驱动轻敲模式均可获得高分辨像.与接触模式相比,磁驱动轻敲模式对活细胞的影响较小,在细胞膜表面微结构及细胞内亚结构成像方面,有明显优势.而接触模式由于其施力方式,使活细胞应力纤维应激性绷紧,更适合于对活体细胞应力纤维的成像研究.固定细胞与活细胞表面形貌存在较大差异,在生理环境下,进行活细胞检测更能了解细胞的真实状况.     

振动模式扫描极化力显微镜及其应用

振动模式扫描极化力显微镜采用一种新的扫描探针显微成像方式，它可以在极化力介导的非接触方式和轻敲方式之间自由切换。在极化力介导的非接触方式中，极化力叠加在范德华力上，克服了一般的原子力显微镜(AFM)非接触模式中因成像力程太短而不容易稳定的缺点；通过调节针尖的高度，从极化力介导的非接触方式进入到极化力介导的轻敲方式，又能部分消除AFM轻敲模式中毛细力的干扰，还可以用比AFM轻敲模式中最小稳定成像力更小的力进行成像。针尖的高度可以通过调节Asp(Amplitude setpoint)或插入扫描高度参数(lift scan height)来控制，这一方法简单易行。利用这一模式对肢体金颗粒和DNA的高度进行测量，在一定程度上证明了轻敲模式中针尖压力的确会造成柔软生物样品的变形。     

原子力显微镜在聚合物溶液结构研究中的应用

驱油用水溶性聚合物溶液的应用性能由其聚合物溶液的微观结构所决定,因此在驱油用聚合物合成及配方研究中迫切需要研究其溶液的微观结构。本文使用原子力显微镜（AFM）、环境扫描电镜（ESEM）和透射电镜（TEM）观察了水溶液中聚合物（HAWSP,AP-P4）的微观结构。研究发现常温常压下原子力显微镜观察到的聚合物网络结构图案清晰,边界分辨率高。透射电镜观察到的聚合物网络结构较模糊且网络结构有断裂现象。环境扫描电镜观测到的网络结构尺寸大小是AFM观测到的几倍甚至是十几倍。动态光散射（dynamic light scattering,DLS）结果证明AFM和TEM所观测到的聚合物结构最接近于真实结构。结果表明使用原子力显微镜在观察水溶性聚合物类样品时,能够较真实反映其微观结构。     

AFM压电微悬臂振动影响测量图像的研究

在轻敲工作模式下,原子力显微镜(AFM)压电微悬臂以较大的振幅振动。以纳米管针尖为例建立了压电微悬臂振动的数学模型并描述了纳米管尖端的振动轨迹,从纳米管尖端的振动轨迹和仿真图形的关系,指出压电微悬臂振动影响测量精度的有关参数及减小由振动产生膨胀变形的方法。根据数学图形学膨胀理论仿真出纳米管尖端振动轨迹对标准线宽模型的影响,AFM测量线宽的试验验证了上述结果。     

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.     

温度对云母/水界面纳米气泡形成影响的研究

最近固液界面存在纳米气泡已经引起人们越来越多的关注。虽然经典热力学理论认为室温下水中纳米气泡不能稳定存在 ,但近几年越来越多的研究结果却表明固液界面存在纳米气泡 ,并引起疏水长程作用力。目前直接探测固液界面纳米气泡的最有力手段是原子力显微镜 (AFM)技术 ,尤其是AFM的轻敲模式非常适合于柔软样品的研究 ,因此是目前探测固液界面纳米气泡的最有力手段。本文利用轻敲模式对醇水替换方式产生的纳米气泡进行成像 ,籍以研究液体温度对纳米气泡形成的影响。在研究中发现 ,液体的温度对纳米气泡的形成有显著的影响。当液体温度升高…     

在氩气氛下生长的C60薄膜的结构与特性

采用惰性气氛蒸发法制备C60薄膜,用原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)、红外光谱(IR)及紫外-可见光谱研究了在氩(Ar)气氛下生长的C60薄膜的表面形貌、结构及光吸收特性.AFM测量表明在Ar气氛下生长的Ceo薄膜的表面生长岛更尖锐,并且有较大直径的表面粒子.由紫外-可见光吸收谱测量发现Ar气氛下生长的C60薄膜的强度和吸收峰位置与在真空下生长的C60薄膜比较有大的红移.可求出在Ar气氛下生长的C60薄膜的光学禁带宽度Eg一2.24eV,比在真空下生长的C6o薄膜禁带宽度(2.02eV)要大.与真空下生长的C60薄膜比较,Ar气氛下生长的Cso薄膜的红外谱没有变化,但X射线衍射表明其结构从面心立方(fcc)相变成fcc相与六角密堆(hcp)相的混合相.     

活体细胞骨架的原子力显微成像

为研究原子力显微术在生物医学中的应用,实现对活体细胞骨架纳米尺度的实时观察,采用轻敲模式和接触模式对体外培养的大鼠脑微血管内皮细胞进行成像。结果显示不同模式在分辨细胞超微结构及质膜下细胞骨架纤维束等方面各有特点,可从不同角度获取细胞骨架的信息。     

基于改进型DLIA的AFM探针高速振幅检测

轻敲模式是原子力显微镜(AFM)最为常见的扫描模式之一。轻敲模式以探针振动信号幅值作为反馈信号,实行实时检测。目前,有模拟检测和数字检测两种检测方法,模拟检测方法由于模拟器件固有的温漂导致误差较大,数字检测方法误差小但运算量较大。提出了一种实时检测轻敲模式信号振幅的改进型数字锁相放大器(MDLIA),在自制的AFM扫描成像系统中同时具备误差较小和运算量较小两个优点。MDLIA使用与振动信号同频同相的方波信号作为参考信号,因此仅采用单通道运算即可检测振动信号幅值。首先通过理论分析介绍了MDLIA的原理,然后介绍各组成部分及实现过程,最后通过运算耗时实验验证MDLIA运算量小且运算速度快的特点,并通过误差对比实验证明MDLIA误差较小,同时通过标准栅格扫描实验验证MDLIA的稳定性。     

固液界面纳米气泡的研究

在经典热力学理论中，室温下水中纳米气泡被认为是不能稳定存在的。近年来随着对疏水表面研究的深入，越来越多的现象暗示固液界面存在纳米气泡，并引起疏水长程作用力。目前直接探测固液界面纳米气泡的最有力手段是AFM，但它只能观察纳米气泡的形貌，无法对其进行直接定性，很有必要提供纳米气泡存在和来源的更直接证据。在云母表面进行乙醇和水替换形成纳米气泡，从成像条件和脱气对纳米气泡的影响两方面进行系统研究。不同成像模式和成像条件下AFM观察到的差异在一定程度上证明了观察到的就是纳米气泡。脱气实验结果表明，经脱气后乙醇和水形成纳米气泡的数量和概率明显降低，表明乙醇和水中溶解的气体是纳米气泡的来源，并为固液界面存在纳米气泡提供了更直接的证据。     

金纳米粒子有序膜结构的原子力显微研究

通过控制所滴加的金纳米粒子氯仿溶胶的浓度,在高序定向裂解石墨（HOPG）上,可以形成二维乃至三维有序的金纳米粒子膜结构,本文主要利用原子力显微镜中的轻敲原子力（TM－AFM）显微模式,采用形貌与相位同时成像技术以及透射电镜技术,对所形成的有序膜结构进行了系统的表征,并着重阐述了相应成像在表征膜结构方面的重要作用。     

扫描探针显微镜进行细胞扫描时探针对于细胞活性的影响

扫描探针显微镜(scanning probe microsope，SPM)是近几年发展很快的一种形貌表征仪器。它的一个突出优点是，可在溶液中以很高的分辨率对细胞活体进行观察。不同于光学显微镜，SPM是利用探针和样品之间的相互作用来扫描成像，探针对细胞有力的作用。这种作用力会在扫描过程中直接影响细胞的状态。为了研究SPM成像过程中探针作用力对于细胞的影响，我们用SPM的接触模式(contact mode)和敲击模式(tapping mode)对培养液中的生物活细胞进行了较长时间的扫描观察。结果显示，尽管接触模式SPM成像清楚，但长时间的扫描会造成细胞凋零；敲击模式SPM进行长时间扫描时也会造成细胞变形，而细胞会以新的形态来适应外力的影响。     

数字扫描探针显微镜中的DSP技术

本文介绍了我们研制数字ＳＰＭ仪器时在ＤＳＰ芯片选型、ＳＰＭ－ＤＳＰ插卡设计、开发工具ＤＳＰ软件及其基本算法方面的考虑和解决方案并简介一种采用德州仪器公司ＴＭＳ３２０Ｃ５０ＤＳＰ芯片设计的ＳＰＭ仪器该仪器已实现ＳＴＭ模式、接触ＡＦＭ模式、非接触ＡＦＭ模式,并具有和多种ＳＯＰＭ头部接口的开放性结构。     

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。     

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。     

A comparative atomic force microscopy study on living skin fibroblasts and liver endothelial cells

Atomic force microscopy (AFM) has been used to image a wide variety of cells and has proven to be successful in cellular imaging, by comparing results obtained by AFM with SEM or TEM. The aim of the present study was to investigate further the conditions for AFM imaging of living cells and compare the results with those obtained by SEM. We chose to image skin fibroblast and liver sinusoidal endothelial cells of two different sources, because these cells have been well described and characterized in earlier studies. AFM imaging of living cells mainly reveals submembranous structures, which could not be observed by SEM. This concerns the visualization of the overall cytoskeletal architecture and organelles, without the necessity of any preparative steps. The AFM study of living cells allows a time lapse study of dynamic changes of the actin cytoskeleton under the influence of the cytoskeleton-disturbing drug cytochalasin B in cells that can be followed individually during the process. However, softer samples, such as the fenestrated parts of living rat liver sinusoidal endothelial cells in culture could not be visualized. Apparently, these cell parts are disrupted due to tip-sample interaction in contact mode. To avoid the lateral forces and smearing artefacts of contact mode AFM, non-contact imaging was applied, resulting in images of higher quality. Still, endothelial fenestrae could not be visualized. In contrast, contact imaging of immortomouse liver sinusoidal endothelial cells, which are devoid of fenestrae, could easily be performed and revealed a detailed filamentous cytoskeleton.