原子力显微镜可以在大气和液体环境下对各种材料纳米区域的形貌和物理性质进行探测,广泛应用于医药、纳米功能材料、生物、化工、食品等研究领域中。不过与扫描电镜、透射电镜等常规形貌表征工具相比,AFM原子力显微镜似乎还不为部分师生所熟知。为此,本短文以分析测试中心现配置的原子力显微镜仪器为例,为初接触AFM原子力显微镜的同学做一些简单的介绍,重点是关于如何制备原子力显微镜待测样品。
为了顺利获得形貌或力学、电学等性能的数据,样品的准备至关重要。AFM原子力显微镜属于扫描探针型显微镜,探针在样品表面扫描属于touching(接触)模式,不同于光学显微镜等的seeing(观察)模式,所以制样的一个基本的要求是:样品要平整地固定在基底表面,否则扫描过程中样品可能轻微移动,导致扫描失败或形貌失真。下面列举几种常见的样品固定方法:
导电玻璃、金属、聚合物薄膜等成型样品,可以直接固定在基底上。常见的固定方法是采用双面胶固定在样品托上;测试电学性能时,需要用导电胶、银浆等固定,以形成导电通道。
石墨烯等纳米片,或其他粉末材料,可以超声分散在水、乙醇等溶剂中,再滴加在云母片、硅片等平整基底上。云母片需要新鲜剥离*表面的一层,硅片需要预先进行清洗(建议在乙醇中超声清洗)。
特殊情况下,可以利用静电力等加强样品的固定。例如,通常情况下云母表面带有负电荷,调节蛋白质溶液pH,使其带有正电荷,这样结合就比较牢固;而带负电的DNA可以经过硅烷化处理,连接到基底表面。
为了制备含杂质的蛋白质样品或其他高浓度样品,可以使用清洗步骤。以制备Aβ蛋白样品为例,可以参考以下制样过程。
第Y步:用移液枪取数微升蛋白溶液,滴加在云母表面上,静置几分钟;
第E步:将云母片倾斜约45°角,用200微升超纯水冲洗云母片表面。云母片底部可以放置无尘纸,这样冲洗留下的水和多余样品可以及时被吸干,不会回流到云母片表面。
第三步:自然晾干云母片,或者用氮气轻轻吹干表面。
在以上制样过程中,移取样品的量、静置时间、冲洗用溶剂的类型和用量可以根据不同样品进行适当的调整。该制样方法可以有效去除蛋白中的盐类或其他杂质,对于高浓度或含有杂质的其他样品也有很好的借鉴意义。
以上是一些常规的制样方法,供初次接触原子力显微镜的师生参考。实际制样过程中,样品的分散、固定、成型方法是多样的,特别是纳米材料,容易团聚,为了得到理想的形貌,需要多方尝试制样的方法。在实际测试过程中,需要多与测试的老师进行沟通,并根据测试结果反馈和指导后续的制样过程,在此就不一一介绍了。