一文带你了解原子力显微镜的液下扫描

　　原子力显微镜（Atomic Force Microscope，AFM）是一种利用微悬臂感受和放大微悬臂上探针针尖与被测样品原子间的作用力，从而对样品表面形貌进行表征的测量设备。其不仅能在空气中以原子级的分辨率生成样品的三维图像，而且在液体环境中也可对样品表面的进行高分辨率成像。

原子力显微镜结构图

　　由于原子力显微镜依靠原子之间的作用力进行成像，因此很容易受到其他因素的影响，其中尤为值得关注的是针尖的展宽效应。针尖的展宽效应是指在空气中测量时，探针会受到静电力和表面毛细作用的影响。在固体表面可能会聚集电荷，探针上也会产生诱导电荷，二者之间的库仑力会影响AFM测试形貌的准确度。毛细作用是指在微观固体表面附着的一层几纳米厚的水膜，当探针接近样品时，探针会被水膜吸附，从而严重影响扫描结果。在液体环境中进行测量可以极大地减小这种影响，液体环境不仅为探针提供更均匀的阻滞力，还能有助于测量出更精确的力-距离曲线。

毛细作用及液下成像

　　在液下扫描使用的过程中，一般操作者遇到的最大问题为在气液交界处激光产生的折射现象，导致激光器不能打到四象限探测器中心，并且液面的波动也会影响激光。所以液下测试的关键在与空气与液体界面处设计玻璃窗口来减小上述因素的影响。

加玻璃窗的光路

　　除上述优点之外，液下扫描的优势还有：

　　（1）对于生物样品：在空气中对生物样品进行测量时，多是用固定剂将细胞固定在固体表面，此时细胞很难具有生物活性。而液体条件可以模拟生理条件，使得AFM可以在生理条件下观察细胞、蛋白质和DNA等生物分子的形态和相互作用。并且避免了固定剂的影响，使得样品更接近其自然状态。

使用原子力显微镜对人类染色体进行可视化^[1]

　　（2）对于材料研究：液相AFM可以对固液界面的表面形貌、粗糙度、力学性质等进行研究，帮助人们提高对于固液界面的认识。

　　例如，研究高分子聚合物在水中的特性等。

水中聚乙烯与聚辛烯共聚物形貌

　　文献参考

　　[1]Chang K C,Chiang Y W,Yang C H,et al.Atomic force microscopy in biology and biomedicine[J].Tzu Chi Medical Journal,2012,24(4):162-169.