【干货】一文解读AFM原子力显微镜(基础介绍和应用实例)

 文章库     |      2022-07-24 08:16:00

原子力显微镜(Atomic Force Microscope,AFM):它是一种可用于研究固体材料表面结构的分析仪器,包括绝缘体。它固定了一个对弱力非常敏感的微悬臂的一端,另一端有一个小针尖,以轻轻接触样品表面。由于针尖原子与样品表面原子之间的排斥力非常弱,悬臂会有一个小的偏转。通过检测偏转量和反馈来控制其排斥力的恒定性,可以获得微悬臂对应各点的位置变化,从而获得样品表面形状的图像。

范德瓦尔斯力原子间成像模式:

(1)接触模式:针尖与样品表面距离小,利用原子间的排斥力;可获得高分析图像;样品变形,针尖损坏;不适合表面柔软的材料。

(2)非接触模式:针尖距离样品5-20nm,在不损坏样品表面的情况下,利用原子间的吸引力对软样品进行测试;分辨率低,判断错误。

(3)轻敲模式:探针在Z轴保持固定频率振动,振动到谷底时与样品接触,对样品损伤小,分辨率几乎与接触模式相同。

原子力显微镜的优点:

(1)样品不需要导电;

(2)能在各种环境(如真空、大气、液体、低温等)下工作;

(3)能获得物体表面的高分辨率三维图像;

(4)可以操作单细胞和单分子,如在细胞膜上打孔和切割染色体。

AFM应用实例:

(1)表示液体中的生物样品

链球菌素结构研究:a),标域内溶血素的晶体结构;b),低温电子显微镜图具有原子结构孔隙低聚物微结构的截面图;c),在水溶液中测得的具有(b)结构模型孔隙AFM 3D表面形貌d),c)的高度剖

(2)观察生物样本的自组装过程

从孔隙形成到孔隙组装,产气荚膜梭菌的胆固醇与细胞溶素相结合。(a-c) 同一区域胆固醇衣片密集AFM序列图片;(d,e)组装前后放大倍数更大AFM图

(3)纳米力学性质的表征

AFM测量细胞刚度的模型:(a)测量液体环境中细胞的压缩应变;(b)AFM的力-细胞弹性(黄线)和附着力(蓝线)可以量压痕曲线;(c)研究与时间相关的细胞行为;(d)功能原子力显微镜针尖常用作单细胞相互作用实验;(e)球形针尖或物理修改原子力显微镜悬臂可用于测量力的分布。

(4)薄膜材料的表面形状

(a) 基于电荷注入机制的电式纳米装置示意图; (b)CNP2-P样品(Vet=3V,electro-typing)2×2μm2该区域的输出图像对应于谱线图f黑黑曲线;(c) electro-typing 30分钟后的4×4μm2区域输出图像(VR=3V,Read-out),对应谱线图f中间的红色曲线;(d)electro-typing 360分钟后的4×4μm2区域输出图像(VR=3V,Read-out);(e)相同区域无electro-typing输出图对应于谱线图f粉色曲线;(f)所有扫描图像对应的谱线图。

(5)菱铁矿在不同条件下的表面研究

AFM峰值力轻敲模式下菱铁矿(Ⅰ)吸附油酸盐的菱铁矿(Ⅱ)图像:(a) 2D高度像;(b)3D高度像;(c)结肠癌细胞形态学(高度、长度、宽度学(高度、长度、宽度和粗糙度)在大气环境中6)

单核和多核经富勒醇培养48小时SW480结肠癌细胞的AFM像:(a-c)对照组SW480细胞结构;(d)单核SW480细胞的3D结构;(e,f)多核SW480细胞的3D结构

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