原子力显微镜是在1986年由扫描隧道显微镜(ScanningTunnelingMicroscope)的发明者之一的葛宾尼(GerdBinnig)博士在美国斯坦福大学与C.FQuate和C.Gerber等人研制成功的。[1]它主要由带针尖的微悬臂、微悬臂运动检测装置、监控其运动的反馈回路、使样品进行扫描的压电陶瓷扫描器件、计算机控制的图像采集、显示及处理系统组成。微悬臂运动可用如隧道电流检测等电学方法或光束偏转法、干涉法等光学方法检测,当针尖与样品充分接近相互之间存在短程相互斥力时,检测该斥力可获得表面原子级分辨图像,一般情况下分辨率也在纳米级水平。AFM测量对样品无特殊要求,可测量固体表面、吸附体系等;微悬臂顶端有一个尖锐针尖,用来检测样品-针尖间的相互作用力。四川原子力显微镜测试公司
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、吉林原子力显微镜测试厂家从而达到检测的目的,具有原子级的分辨率。
随着科学技术的发展,生命科学开始向定量科学方向发展。大部分实验的研究重点已经变成生物大分子,特别是核酸和蛋白质的结构及其相关功能的关系;因为AFM的工作范围很宽,可以在自然状态(空气或者液体)下对生物医学样品直接进行成像,分辨率也很高。因此,AFM已成为研究生物医学样品和生物大分子的重要工具之一。AFM应用主要包括三个方面:生物细胞的表面形态观测;生物大分子的结构及其他性质的观测研究;生物分子之间力谱曲线的观测。
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。)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。
接触模式(Contact Mode):优点:扫描速度快,是能够获得“原子分辨率”图像的AFM垂直方向上有明显变化的质硬样品,有时更适于用Contact Mode扫描成像。缺点:横向力影响图像质量。在空气中,因为样品表面吸附液层的毛细作用,使针尖与样品之间的粘着力很大。横向力与粘着力的合力导致图像空间分辨率降低,而且针尖刮擦样品会损坏软质样品(如生物样品,聚合体等)。非接触模式:优点:没有力作用于样品表面。缺点:由于针尖与样品分离,横向分辨率低;为了避免接触吸附层而导致针尖胶粘,其扫描速度低于Tapping Mode和Contact Mode AFM。通常用于非常怕水的样品,吸附液层必须薄,如果太厚,针尖会陷入液层,引起反馈不稳,刮擦样品。由于上述缺点,non-contact Mode的使用受到限制。轻敲模式:优点:很好的消除了横向力的影响。降低了由吸附液层引起的力,图像分辨率高,适于观测软、易碎、或胶粘性样品,不会损伤其表面。缺点:比Contact Mode AFM 的扫描速度慢。从而使样品伸缩,调节探针和被测样品间的距离,反过来控制探针-样品相互作用的强度,实现反馈控制。淮北原子力显微镜测试多少钱
扫描样品时,利用传感器检测这些变化,就可获得作用力分布信息;四川原子力显微镜测试公司
敲击模式介于接触模式和非接触模式之间,是一个杂化的概念。悬臂在试样表面上方以其共振频率振荡,针尖是周期性地短暂地接触/ 敲击样品表面。这就意味着针尖接触样品时所产生的侧向力被明显地减小了。因此当检测柔嫩的样品时,AFM的敲击模式是好的选择之一。一旦AFM开始对样品进行成像扫描,装置随即将有关数据输入系统,如表面粗糙度、平均高度、峰谷峰顶之间的最大距离等,用于物体表面分析。同时,AFM 还可以完成力的测量工作,测量悬臂的弯曲程度来确定针尖与样品之间的作用力大小。四川原子力显微镜测试公司