目錄qPlus型原子力顯微鏡 生物原子力顯微鏡探針 原子力顯微鏡利用的力
原子力顯微鏡，一種可用來研究包括絕緣體在內(nèi)的固體材料表面結(jié)構(gòu)的分析儀器。
簡介信息
生物型原子力顯微鏡
它主要由帶針尖的微懸臂、微懸臂運(yùn)動檢測裝置、監(jiān)控其運(yùn)動的反饋回路、使樣品進(jìn)行掃描的壓電陶瓷掃描器件、計(jì)算機(jī)控制的圖像采集、顯示及處理組成。微懸臂運(yùn)動可用如隧道電流檢測等電學(xué)方法或光束偏轉(zhuǎn)法、干涉法等光學(xué)方法檢測，當(dāng)針尖與樣品充分接近相互之間存在短程相互斥力時，檢測該斥力可獲得表面原子級分辨圖像，一般情況下分辨率也在納米級水平。AFM測量對樣品無特殊要求，不需要對樣品進(jìn)行特殊處理，僅在大氣環(huán)境下就可測量固體表面、吸附體系等，得到三維表面粗造度等信息。
優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)
原子力顯微鏡觀察到的圖像
相對于掃描電子顯微鏡，原子力顯微鏡具有許多優(yōu)點(diǎn)。不同于電子顯微鏡只能提供二維圖像，AFM提供真正的三維表面圖。同時，AFM不需要對樣品的任何特殊處理，如鍍銅或碳，這種處理對樣品會造成不可逆轉(zhuǎn)的傷害。第三，電子顯微鏡需要運(yùn)行在高真空條件下，原子力顯微鏡在常壓下甚至在液體環(huán)境下都可以良好工作。這樣可以用來研究生物宏觀分子，甚至活的生物組織。
缺點(diǎn)
和掃描電子顯微鏡談備(SEM）相比，AFM的缺點(diǎn)在于成像范圍太小，速度慢，受探頭的影響太大。原子力顯微鏡（Atomic Force Microscope）是繼掃描隧道顯微鏡（Scanning Tunneling Microscope）之后發(fā)明的一種具有原子級高分辨的新型儀器，可以在大氣和液體環(huán)境下對各種材料和樣品進(jìn)行納米區(qū)域的物理性質(zhì)包括形貌進(jìn)行探測，或者直接進(jìn)行納米操縱；現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體、納米功能材料、生物、化工、食品、醫(yī)藥研究和科研院所各種納米相關(guān)學(xué)科的研究實(shí)驗(yàn)等領(lǐng)域中，成為納米科學(xué)研究的基本。原子力顯微鏡與掃描隧道顯微鏡相比，由于能觀測非導(dǎo)電樣品，因此具有更為廣泛的適用性。當(dāng)前在科學(xué)研究和工業(yè)界廣泛使用的掃描力顯微鏡（Scanning Force Microscope），其基礎(chǔ)就是原子力顯微鏡。
應(yīng)用領(lǐng)域
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，生命科學(xué)開始向定量科學(xué)方向發(fā)展。大部分實(shí)驗(yàn)的研究重點(diǎn)已經(jīng)變成生物大分子，特別是核酸和蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)及其相關(guān)功能的關(guān)系。因?yàn)锳FM的工作范圍很寬，可以在自然狀態(tài)（空氣或者液體）下對生物醫(yī)學(xué)樣品直接進(jìn)行成像，分辨率也很高。因此，AFM已成為研究生物醫(yī)學(xué)樣品和生物大分子的重要之一。AFM應(yīng)用主要包括三個方面：生物細(xì)胞的表面形態(tài)觀測；生物大分子的結(jié)構(gòu)及其他性質(zhì)的觀測研究；生物分子之間力譜純差曲線的觀測。
掃描隧道顯微鏡亦稱為"掃描穿隧式顯微鏡"、"隧道掃描顯微鏡"，是一種利用量子理論中的隧道效應(yīng)探測物質(zhì)表面結(jié)構(gòu)的儀器。它于1981年由格爾德·賓寧(G.Binnig)及海因里希·羅雷爾(H.Rohrer)在IBM位于瑞士蘇黎世的蘇黎世實(shí)驗(yàn)室發(fā)明，兩位發(fā)明者因此與恩斯特·魯斯卡分享了1986年諾貝爾物理學(xué)獎。
掃描隧道顯微鏡 scanning tunneling microscope 縮寫為STM。它作為一種掃描探針顯微術(shù)，掃描隧道顯微鏡可以讓科學(xué)家觀察和定位單個原子，它具有比它的同類原子力顯微鏡更加高的分辨率。此外，掃描隧道顯微鏡在低溫下（4K）可以利用探針尖端精確操縱原子，因此它在納米科技既是重要的測量又是加工。
STM使人類第一次能夠?qū)崟r地觀察單個原子在物質(zhì)表面的排列狀態(tài)和與表面電子行為有關(guān)的物化性質(zhì)，在表面科學(xué)、材料科學(xué)、生命科學(xué)等領(lǐng)域的研究中有著重大的意義和廣泛的應(yīng)用前景，被國際科學(xué)界公認(rèn)為20世紀(jì)80年代世界十大做侍皮科技成就之一。
具體應(yīng)用
掃描
STM工作時，探針將充分接近樣品產(chǎn)生一高度空間限制的電子束，因此在成像工作時，STM具有極高的空間分辯率，可以進(jìn)行科學(xué)觀測。
探傷及修補(bǔ)
STM在對表面進(jìn)行加工處理的過程中可實(shí)時對表面形貌進(jìn)行成像，用來發(fā)現(xiàn)表面各種結(jié)構(gòu)上的缺陷和損傷，并用表面淀積和刻蝕等方法建立或切斷連線，以消除缺陷，達(dá)到修補(bǔ)的目的，然后還可用STM進(jìn)行成像以檢查修補(bǔ)結(jié)果的好壞。
一種可用來研究包括絕緣體在內(nèi)的固體材料表面結(jié)構(gòu)的分析儀器。它通過檢測待測樣品表面和一個微型力敏感元件之間的極微弱的原子間相互作用力來研究物質(zhì)的表面結(jié)構(gòu)及性質(zhì)。將一對微弱力極端敏感的微懸臂一端固定，另一端的微小針尖接近樣品，這時它將與其相互作用，作用力將使得微懸臂發(fā)生形變或運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生變化。掃描樣品時，利用傳感器檢測這些變化，就可獲得作用力分布信息，從而以納米級分辨率獲得表面結(jié)構(gòu)信息。它主要由帶針尖的微懸臂、清碼微懸臂運(yùn)動檢測裝置、監(jiān)控其運(yùn)動的反饋回路、使樣品進(jìn)行掃描的壓電陶瓷掃描器件、計(jì)算機(jī)控制的圖像采集、顯示及處理組成。微懸臂運(yùn)動可用如隧道電流檢測等電學(xué)方法或光束偏轉(zhuǎn)法、干涉法等光學(xué)方法檢測，當(dāng)針尖與樣品充分接近相互之間存在短程相互斥力時，檢測該斥力可獲得表面原子級分辨圖像，一般情況下分辨率也在納米級水平。afm測量對樣品無特殊要求，可測量固體表面、吸附體系等。
原子力顯微鏡:是一種利用原子,分子間的相互作用力來觀察物體表面微觀形貌的新型實(shí)驗(yàn)技術(shù).它有一根納米級的探針,被固定在可靈敏操控的微米級彈性懸臂上.當(dāng)探針很靠近樣品時,其頂端的原子與樣品表面原子間的作用力會使懸掘襪臂彎曲,偏離原來的位置.根據(jù)掃描樣品時探針的偏離量或振動頻率重建三維圖像.就能間接獲得樣品表面的形貌或原子成分.
優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)
相對于掃描電子顯微鏡，原子力顯微鏡具有許多優(yōu)點(diǎn)。不同于電子顯微鏡只能提供二維圖像，afm提供真正的三維表面圖。同時，afm不需要對樣品的任何特殊處理，如鍍銅或碳，這種處理對樣品會造成不可逆轉(zhuǎn)的傷害。第三，電子顯微鏡需要運(yùn)行在高真空條件下，原子力顯微鏡答散哪在常壓下甚至在液體環(huán)境下都可以良好工作。這樣可以用來研究生物宏觀分子，甚至活的生物組織。
和掃描電子顯微鏡(sem)相比，afm的缺點(diǎn)在于成像范圍太小,速度慢，受探頭的影響太大。
原子力顯微鏡有極高的分辨率，而且可以在大氣環(huán)境或溶液中進(jìn)行測量，因此在生物或醫(yī)學(xué)上有重要的應(yīng)用。研究人員可以用它來觀察細(xì)胞，甚至DNA分子。
英文文獻(xiàn)有很多。中文文獻(xiàn)方面，張德添等人在《現(xiàn)代儀器》雜志2004年第四期上寫過一篇“原子力顯微鏡在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用”的文章，寫的挺好的。你可以找來看一下。
以下是該文中的部分內(nèi)容：“AFM自誕生之日起,在生物醫(yī)學(xué)研究中就得陪缺殲到迅速發(fā)展,應(yīng)用范圍逐步拓展,在形態(tài)與功能相結(jié)合的研究中,極大的推動了生物學(xué)基礎(chǔ)研究工作的前進(jìn)。結(jié)合物理、數(shù)學(xué)等學(xué)科知識,為生物分子的功能與現(xiàn)象研究提供了理論依據(jù)。Touhami 等利用AFM對紅細(xì)胞掃描成像,并對紅扮祥細(xì)胞表面抗原和特異性抗體之間的相互作用力進(jìn)行了測量;James 等在生蘆沖理?xiàng)l件下對感染了寄生蟲的細(xì)胞進(jìn)行了連續(xù)掃描成像,以觀察感染的動態(tài)過程;Martin 等對固定
在基底上的DNA 蛋白復(fù)合物分別在空氣和液體環(huán)境中成像,獲得了不同構(gòu)型復(fù)合物結(jié)構(gòu)上的定量和定性信息,例如DNA 長度,蛋白與DNA 結(jié)合的位點(diǎn)等;Satoru 等研究討論了修飾在針尖上的蛋白在接近樣品表面過程中和樣品表面之間的作用力關(guān)系,以及影響蛋白吸附的各種因素; Tiina 等應(yīng)用AFM在生理?xiàng)l件下觀察HELA 細(xì)胞肌動蛋白裝配的動態(tài)過程。"
