太原原子力显微镜测试技术

SFM除了形貌测量之外，还能测量力对探针-样品间距离的关系曲线Zt（Zs）。它几乎包含了所有关于样品和针尖间相互作用的必要信息。当微悬臂固定端被垂直接近，然后离开样品表面时，微悬臂和样品间产生了相对移动。而在这个过程中微悬臂自由端的探针也在接近、甚至压入样品表面，然后脱离，此时原子力显微镜（AFM）测量并记录了探针所感受的力，从而得到力曲线。Zs是样品的移动，Zt是微悬臂的移动。这两个移动近似于垂直于样品表面。用悬臂弹性系数c乘以Zt，可以得到力F=c·Zt。如果忽略样品和针尖弹性变形，可以通过s=Zt-Zs给出针尖和样品间相互作用距离s。这样能从Zt（Zs）曲线决定出力-距离关系F（s）。这个技术可以用来测量探针尖和样品表面间的排斥力或长程吸引力，揭示定域的化学和机械性质，像粘附力和弹力，甚至吸附分子层的厚度。如果将探针用特定分子或基团修饰，利用力曲线分析技术就能够给出特异结合分子间的力或键的强度，其中也包括特定分子间的胶体力以及疏水力、长程引力等。由探针得到探针-样品相互作用的强度，来改变加在样品扫描器垂直方向的电压；太原原子力显微镜测试技术

    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； 太原原子力显微镜测试技术扫描时，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。

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、

DNA和蛋白质分子的特定相互作用在分子生物学中起着关键作用。蛋白质与DNA结合的精确位点图谱和不同细胞状态下结合位点的测定对于了解复杂细胞体系的功能与机理，特别是基因表达的控制都十分关键。AFM作为一种高度分辨达0。1nm，宽度分辨率为2nm左右的表面分析技术，已用于表征各类DNA-蛋白质的复合物。低湿度大气条件下，Rees等利用AFM在接触模式下考察了λ2PL启动子在启动和关闭转录过程中对DNA链弯曲程度的影响。此外，这个小组还研究了另外一种λ2转录因子，Cro-蛋白对DNA弯曲的影响。为了研究Jun蛋白的结合是否会引起DNA链的弯曲，Becker等利用AFM研究了包含一个AP21结合位点的线性化质粒DNA与Jun蛋白的复合物。Aizawa小组对DNA蛋白激酶Ku亚结构域和双链DNA断裂的相关性进行了研究。Kasas等研究了大肠杆菌RNA聚合酶（RNAP)转录过程中的动态酶活性。他们的方法是在Zn2+存在的条件下，RNAP能够松散或紧密地与DNA模板进行结合，通过AFM成像了解其动态过程。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；

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。所以在本系统中是使用微小悬臂（cantilever）来检测原子之间力的变化量。太原原子力显微镜测试技术

二极管激光器（LaserDiode）发出的激光束经过光学系统聚焦在微悬臂（Cantilever）背面；太原原子力显微镜测试技术

原子力显微镜的工作模式是以针尖与样品之间的作用力的形式来分类的。主要有以下3种操作模式：接触模式（contactmode)，非接触模式（non-contactmode)和敲击模式(tappingmode）。接触模式从概念上来理解，接触模式是AFM直接的成像模式。AFM在整个扫描成像过程之中，探针针尖始终与样品表面保持紧密的接触，而相互作用力是排斥力。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。若样品表面柔嫩而不能承受这样的力，便不宜选用接触模式对样品表面进行成像。非接触模式非接触模式探测试样表面时悬臂在距离试样表面上方5～10nm的距离处振荡。这时，样品与针尖之间的相互作用由范德华力控制，通常为10-12N，样品不会被破坏，而且针尖也不会被污染，特别适合于研究柔嫩物体的表面。这种操作模式的不利之处在于要在室温大气环境下实现这种模式十分困难。因为样品表面不可避免地会积聚薄薄的一层水，它会在样品与针尖之间搭起一小小的毛细桥，将针尖与表面吸在一起，从而增加对表面的压力。；太原原子力显微镜测试技术