[发明专利]一种原子力显微镜液相成像方法

说明书

本发明属于原子力显微镜应用技术领域，具体涉及一种原子力显微镜液相成像方法。本发明无需实时通过液体池透明侧壁观察液面和探针位置，也就是说优化后能广泛适用各种规格和材质的液体池（如侧壁金属壳的BioCell等等）和AFM液相平台，更加通用；本发明无需多次调节激光和滴加液体，除了一次必要的AC模式液下调节激光，全过程可以在JPK官方控制软件上操作，而且这里使用到的contact模式无需调节任何参数，更加简单方便；本发明操作简单且有效通用，可以在模拟生理环境的缓冲液中成像具有生理活性的生物样品。

技术领域

本发明属于原子力显微镜应用技术领域，具体涉及一种原子力显微镜液相成像方法。

背景技术

AFM主要由为反馈光路提供光源的激光系统(Laser)、进行力-距离反馈的微悬臂系统(Cantilever)、执行光栅扫描和Z轴定位的压电扫描器(x,y,z Piezo-scanner)、接收光反馈信号的光电探测器(Detector)、反馈电子线路(Current Circle)、粗略定位系统、防震防噪声系统、计算机控制系统与数据处理软件、样品探测环境控制系统(湿控、温控、气环境控制等)、监控激光-悬臂-样品相对位置的显微及CCD摄像系统等构成。其中，前四大系统是该仪器的核心部件。

激光器单元：激光器是光反馈通路的信号源。

微悬臂单元：微悬臂的尺寸必须在微米的范围，而位于微悬臂末端的探针则在10nm左右，而其上针尖的曲率半径约为30nm，悬臂的固有频率则必须高于10kHz。通常使用的微悬臂材料是Si₃N₄。

压电扫描单元：压电换能器是能将机械作用和电讯号互相转换的物理器件。它不仅能够使样品在XY扫描平面内精确地移动，也能灵敏地感受样品与探针间的作用，同时亦能将反馈光路的电讯号转换成机械位移，进而灵敏地控制样品和探针间的距离(力)，并记录因扫描位置的改变而引起的Z向伸缩量∆h(x,y)。

光电检测与反馈单元：目前AFM探测悬臂微形变的主要方法是光束偏转法：用一束激光照在微悬臂的尖端，而用位置灵敏光检测器(PSPD)来接收悬臂尖端的反射激光束，并输出反映反射光位置的信号。由于悬臂的形变会引起反射光束的偏移，导致反射光在PSPD上位置的变化，进而产生反应悬臂的形变的电讯号，以供调节压电扫描器的伸缩控制。

传统的原子力显微镜（AFM）一般工作在大气环境或真空环境,显示出十分优良的性能。但在许多特定的场合,需要将样品放置在液体中进行扫描观察,如研究蛋白质分子等生物体试样时,必须在液态环境下才能保持其生物体活性;对于表面亲水性的物质,样品表面吸附的水蒸气产生的表面张力会影响测量结果,甚至对探针造成损坏,将针尖和样品浸在液体中可以消除表面张力的吸附作用;还有一些在空气中极易被氧化的物质,若暴露在大气中测量,则测出的是那层氧化膜的形貌而不是物质的真实表面形貌;此外,在研究许多化学反应或电化学反应时,同样需要将样品放置于液体中进行扫描。对于以上这些情况,传统的原子力显微镜（AFM）表现出了其局限性。

目前，大多采用的原子力显微镜液相成像的操作步骤如下：

1.先将原子力显微镜（AFM）在未放置样品的空气中调好激光，调节激光位置使激光打在针尖上，再调节激光面板的红点，是它处于激光面板中央。

2.将处理好的液体池放置在原子力显微镜（AFM）载物台上，用AC模式选择最高峰下针，通过液体池透明侧壁实时观察液面和探针位置，在探针将要接触液面时暂停下针，用移液器滴适量缓冲液滴在探针夹上，使液体沿探针夹流下包裹探针，并且与液面融为一体。（此时滴加的液体不能太少，否则不能完全包裹探针使它融入液体池；也不能太多，否则下针完成时液体池中的液体会溢出导致仪器受损。）此时，我们再调激光。

3.打开CCD，观测激光打在探针位置，先调节激光位置使激光打在探针尖端，再调节反光镜使SUM值最大，最后调节激光面板使红点在面板中央。