合肥原子力显微镜测试技术

原子力显微镜（AtomicForceMicroscope，简称AFM）利用微悬臂感受和放大悬臂上尖细探针与受测样品原子之间的作用力，从而达到检测的目的，具有原子级的分辨率。由于原子力显微镜既可以观察导体，也可以观察非导体，从而弥补了扫描隧道显微镜的不足。原子力显微镜是由IBM公司苏黎世研究中心的格尔德·宾宁于一九八五年所发明的，其目的是为了使非导体也可以采用类似扫描探针显微镜（SPM）的观测方法。原子力显微镜（AFM）与扫描隧道显微镜（STM）差别在于并非利用电子隧穿效应，而是检测原子之间的接触，原子键合，范德瓦耳斯力或卡西米尔效应等来呈现样品的表面特性；因而，通过光电二极管检测光斑位置的变化，就能获得被测样品表面形貌的信息。合肥原子力显微镜测试技术

横向力显微镜（LFM）是在原子力显微镜（AFM）表面形貌成像基础上发展的新技术之一。工作原理与接触模式的原子力显微镜相似。当微悬臂在样品上方扫描时，由于针尖与样品表面的相互作用，导致悬臂摆动，其摆动的方向大致有两个：垂直与水平方向。一般来说，激光位置探测器所探测到的垂直方向的变化，反映的是样品表面的形态，而在水平方向上所探测到的信号的变化，由于物质表面材料特性的不同，其摩擦系数也不同，所以在扫描的过程中，导致微悬臂左右扭曲的程度也不同，检测器根据激光束在四个象限中，（A+C）-（B+D）这个强度差值来检测微悬臂的扭转弯曲程度。而微悬臂的扭转弯曲程度随表面摩擦特性变化而增减（增加摩擦力导致更大的扭转）。激光检测器的四个象限可以实时分别测量并记录形貌和横向力数据。三门峡原子力显微镜测试技术在样品扫描时，由于样品表面的原子与微悬臂探针的原子间的相互作用力；

    原子力显微镜（AtomicForceMicroscope，简称AFM）是一种用于研究表面形貌和表面特性的高分辨率扫描探针显微镜。它利用微悬臂上的针尖与样品表面之间的相互作用力来获取表面形貌和表面特性信息。AFM可以测试各种材料表面的形貌、粗糙度、弹性、硬度、化学反应等特性，广泛应用于纳米科学研究领域。AFM测试的内容主要包括以下几个方面：1.表面形貌：AFM可以获取表面形貌的高分辨率图像，包括表面起伏、沟壑、颗粒大小等特征。这对于研究表面微观结构、表面处理效果以及材料性能等方面具有重要意义。2.表面粗糙度：AFM可以测量表面粗糙度，即表面微小起伏和波纹的幅度和频率。这对于研究表面加工质量、材料表面处理效果以及摩擦学等领域具有重要意义。3.弹性：AFM可以测量样品的弹性，包括弹性模量和泊松比等参数。这对于研究材料力学性能、材料内部结构以及纳米尺度下的力学行为等方面具有重要意义。4.硬度：AFM可以测量样品的硬度，即针尖在样品表面划过时所受到的阻力。这对于研究材料硬度分布、材料内部结构以及纳米尺度下的力学行为等方面具有重要意义。5.化学反应：AFM可以观察表面化学反应的动态过程，包括化学反应前后表面形貌的变化、化学反应产物的生成等。

AFM液相成像技术的优点在于消除了毛细作用力，针尖粘滞力，更重要的是可以在接近生理条件下考察DNA 的单分子行为。DNA 分子在缓冲溶液或水溶液中与基底结合不紧密，是液相AFM面临的主要困难之一。硅烷化试剂,如3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）和阳离子磷脂双层修饰的云母基底固定DNA 分子，再在缓冲液中利用AFM 成像，可以解决这一难题。在气相条件下阳离子参与DNA的沉积已经发展十分成熟，适于AFM 观察。在液相条件下，APTES 修饰的云母基底较常用。DNA的许多构象诸如弯曲，超螺旋，小环结构，三链螺旋结构，DNA 三通接点构象，DNA 复制和重组的中间体构象，分子开关结构和药物分子插入到DNA 链中的相互作用都地被AFM考察，获得了许多新的理解。扫描时，悬臂施加在针尖上的力有可能破坏试样的表面结构，因此力的大小范围在10-10～10-6N。

AFM对RNA的研究还不是很多。结晶的转运RNA和单链病毒RNA以及寡聚Poly(A)的单链RNA分子的AFM图像已经被获得。因为在于不同的缓冲条件下，单链RNA的结构变化十分复杂，所以单链RNA分子的图像不容易采集。（利用AFM成像RNA分子需要对样品进行特殊和复杂的处理。Bayburt等借鉴Ni2+固定DNA的方法在缓冲条件下获得了单链Pre-mRNA分子的AFM图像。他们的做法如下：(1)用酸处理被Ni2+修饰的云母基底以增加结合力；(2)RNA分子在70℃退火，慢慢将其冷却至室温再滴加在用酸处理过的Ni2+-云母基底上。采用AFM单分子力谱技术，在Mg2+存在的溶液中，Liphardt等研究了形貌多变的RNA分子的机械去折叠过程，发现了从发夹结构到三螺旋连接体这些RNA分子三级结构的过渡态。随后他们又利用RNA分子证实了可逆非平衡功函和可逆平衡自由能在热力学上的等效性。）而是检测原子之间的接触，原子键合，范德瓦耳斯力或卡西米尔效应等来呈现样品的表面特性；聊城原子力显微镜测试

在系统检测成像全过程中，探针和被测样品间的距离始终保持在纳米（10e-9米）量级；合肥原子力显微镜测试技术

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