AFM探針的原理和特色

? ? ? ?隨著生物學的發(fā)展，AFM探針得到了越來越多的應用和發(fā)展，如細胞動態(tài)觀察、樣品三維成像等。那么，如何挑選AFM探針呢？

　　挑選AFM探針要了解AFM探針的基本原理和掃描隧道顯微鏡的原理。掃描隧道顯微鏡是根據(jù)量子力學中的隧穿效應原理，通過檢測固體表層原子中電子的隧穿電流來區(qū)分固體表層形貌的一種新型顯微設備。

　　AFM探針的原子力顯微鏡系統(tǒng)主要由以下幾個部分組成：(1)針尖力敏元件；(2)力敏元件運動檢測裝置；(3)用于監(jiān)測力敏元件運動的反饋回路；(4)掃描系統(tǒng)(一般采用壓電陶瓷)，其功能是使樣品掃描；(5)圖像采集和顯示；(6)圖像處理系統(tǒng)。關鍵是前兩部分。

　　AFM探針的工作原理是將對弱力極其敏感的微懸臂梁一端固定，另一端有微小針尖，針尖與樣品表層輕輕接觸。針尖在樣品表層掃描時，由于針尖處的原子與樣品表層的原子之間存在非常弱的排斥力(10-8-10-6N)，因此原子間作用力的檢測主要通過光杠桿技術實現(xiàn)。如果探針和樣品之間有強烈的相互作用，懸臂就會彎曲。為了檢測懸臂的輕微彎曲(位移)，用激光照射懸臂的尖端，可以用四象限探測器檢測懸臂的偏轉(zhuǎn)。如果在掃描時控制力恒定，微懸臂梁會在垂直于樣品表層的方向波動，利用隧道電流檢測法或光學檢測法可以測量每個掃描點對應的微懸臂梁的位置變化，從而獲得樣品表層形貌的信息。

　　根據(jù)AFM探針的原子力顯微鏡測得的力的不同性質(zhì)，其工作模式和微懸臂梁運動的檢測方法也會有所不同。所謂工作模式主要是指AFM工作時微懸臂梁運動的狀態(tài)，分為兩種。一種是準靜態(tài)工作模式，針尖與樣品的相互作用力大，微懸臂梁變形大，可用隧道電流法、電容法和激光束偏轉(zhuǎn)檢測法等直接檢測。在這種模式下，針尖與樣品之間的距離小于0.03毫米，基本上是緊密接觸(因此也稱為接觸模式)。

　　AFM探針的接觸方式適合觀察硬表層，可以達到很高的分辨率，但這種接觸方式與樣品表層的相互作用很強。對于生物樣品，由于其比云母、石墨、金等固體材料具有更大的靈活性，目前觀測還沒有達到足夠高的分辨率，有時掃描針尖時會損傷樣品表層。但吸附在硬表層的樣品有時會被探針移動，不利于成像。對于生物材料來說，由于其表層較軟，如果采用接觸方式，在不下降其分辨率的情況下，應盡可能減小針尖與樣品之間的作用力，以避免表層損傷。