[发明专利]一种可用于定量测量的AFM探针、修饰方法及其应用

说明书

本发明提供一种可用于定量测量的AFM探针、修饰方法及其应用，属于纳米力学和实验力学技术领域。本发明利用表面经过特殊处理而带有缺陷的微米级小球均匀吸附一层纳米颗粒，再将微米级小球附着在AFM探针针尖处以完成探针修饰，具体包括以下步骤：微米级小球预处理；制备纳米颗粒分散液；微米级小球吸附纳米颗粒；选择磁性纳米颗粒修饰的微米级小球；进行AFM探针修饰。本发明操作简便，应用范围广，避免了常规修饰中AFM探针针尖处纳米颗粒团聚形状不可控的问题；且通过扫描电镜观测、计算得到单位纳米颗粒与被测物体表面间的相互作用力，实现了定量纳米力学测量。

技术领域

本发明属于纳米力学和实验力学技术领域，涉及到原子力显微镜探针修饰，特别涉及一种可用于定量测量的AFM探针、修饰方法及其应用。

背景技术

纳米材料具有独特的显微结构和组织形貌，这些导致其物理、化学和机械性能发生了巨大的变化，从而极大拓宽了材料的应用领域。随着纳米技术的发展，一方面，工程纳米颗粒(ENP)的应用越来越广泛，不可避免地导致人体暴露于纳米环境之中，对身体造成潜在的不良影响；另一方面，纳米颗粒作为一种新型材料，在生物医疗领域也发挥了巨大的作用，如药物的靶向运输、磁热疗、基因治疗等。为了能够研发出有效可靠的预测方法和防护措施，确定细胞对纳米颗粒的吸收条件，需要定性定量的对细胞与纳米颗粒之间的交互作用力进行测定，为实验验证和数值模拟提供可靠的参考数据。原子力显微镜(AFM)作为当前最先进的表面敏感技术之一，能够在分子水平上实时表征相互作用力。AFM探针(原子力显微镜探针)针尖修饰技术的发展更是极大程度的拓宽了其应用范围，使得定性定量测定各种表面、分子、基团等的相互作用力更加容易。使用纳米颗粒修饰的AFM探针针尖可以对活细胞进行实验操作，实时测定纳米颗粒与细胞之间的相互作用力。

纳米颗粒尺寸极小，易团聚，难以实现单纳米粒子操控，多以大量纳米颗粒为对象进行处理，目前存在多种使用纳米颗粒修饰AFM探针针尖的方法，大多是对AFM探针针尖直接进行修饰，常用的方法是将纳米颗粒分散到溶液里，将探针针尖与溶液接触，使纳米颗粒吸附到针尖表面，由于毛细力作用会使分散液浸湿整个探针针尖甚至悬臂部分，如果悬臂被颗粒污染会导致悬臂对激光的反射变差，影响测量精度，而且其修饰效果受限于纳米颗粒分散液的分散程度，修饰的AFM探针由于形状不可控的纳米颗粒团聚的存在，尖端纳米颗粒分布并不规则，即使通过实验操作获得了压入深度及黏附力，仍无法确定纳米颗粒与待测物体实际的接触面积及涉及到接触的纳米颗粒数量，故而无法得到单颗粒与待测物体之间的黏附力等数据，难以进行精确的定量测量，另外，这样的方法很大程度上是不可预见结果的，一般的观测方法是无法在修饰过程中看到纳米颗粒的，只能是修饰后将探针进行扫描电镜观测，才能判断其修饰效果，其探针的消耗量也会由于修饰的不确定性而加大，从而增加实验的时间、经济成本。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种形状可控的纳米颗粒修饰AFM探针的方法，利用表面经过特殊处理而带有缺陷的微米级小球均匀吸附一层纳米颗粒，再将微米级小球附着在AFM探针针尖处以完成探针修饰。

本发明的技术方案为：

一种可用于定量测量的AFM探针，所述的探针具体结构为：AFM探针针尖处粘附有微米级小球，微米级小球表面无规则分布着大量无定形凹凸结构，形成粗糙表面，纳米颗粒均匀附着于小球的粗糙表面上。所述粗糙表面的粗糙度在纳米级别，粗糙表面凹凸峰谷值小于所要修饰的纳米颗粒尺寸。

一种可用于定量测量的AFM探针修饰方法，包括以下步骤：

步骤1、微米级小球预处理

(1)通过化学刻蚀或机械加工方法对微米级小球进行预处理，形成粗糙的表面微结构，粗糙表面微结构可以增加微米级小球对纳米颗粒的吸附效果。