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电子显微学报 2003年第4期22卷 344-351页

作者：李晓军孙洁林何品刚方禹之李民乾胡钧华东师范大学化学系上海交通大学中国科学院上海原子核研究所中国科学院上海原子核研究所上海201800

振动模式扫描极化力显微镜采用一种新的扫描探针显微成像方式 ,它可以在极化力介导的非接触方式和轻敲方式之间自由切换。在极化力介导的非接触方式中 ,极化力叠加在范德华力上 ,克服了一般的原子力显微镜(AFM)非接触模式中因成像力程... 详细信息

振动模式扫描极化力显微镜采用一种新的扫描探针显微成像方式 ,它可以在极化力介导的非接触方式和轻敲方式之间自由切换。在极化力介导的非接触方式中 ,极化力叠加在范德华力上 ,克服了一般的原子力显微镜(AFM)非接触模式中因成像力程太短而不容易稳定的缺点 ;通过调节针尖的高度 ,从极化力介导的非接触方式进入到极化力介导的轻敲方式 ,又能部分消除AFM轻敲模式中毛细力的干扰 ,还可以用比AFM轻敲模式中最小稳定成像力更小的力进行成像。针尖的高度可以通过调节Asp(Amplitudesetpoint)或插入扫描高度参数 (liftscanheight)来控制 ,这一方法简单易行。利用这一模式对胶体金颗粒和DNA的高度进行测量 ,在一定程度上证明了轻敲模式中针尖压力的确会造成柔软生物样品的变形。

关键词：振动模式扫描极化力显微镜插入扫描肢体金驱动频率偏置电压图像对比度 DNA测试

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振动模式扫描极化力显微镜及其在生物大分子测量上的应用

振动模式扫描极化力显微镜及其在生物大分子测量上的应用

引用

作者：李晓军华东师范大学

学位级别：博士

本论文阐述了振动模式扫描极化力显微镜（vibrating mode scanning polarization force microscopy,VSPFM）的原理、构造及其在生物大分子（如DNA和抗体分子）测量上的应用。 VSPFM中是在导电的原子力显微镜（atomic force microscop... 详细信息

本论文阐述了振动模式扫描极化力显微镜（vibrating mode scanning polarization force microscopy,VSPFM）的原理、构造及其在生物大分子（如DNA和抗体分子）测量上的应用。 VSPFM中是在导电的原子力显微镜（atomic force microscopy,AFM）的针尖上加一偏压，由于样品表面的极化，在针尖和样品之间诱导形成电场，这个电场力又称为极化力。与范德华力相比，极化力更强，其作用距离也更远，它叠加在范德华力上，扩大了针尖与样品的距离。与以往的扫描极化力显微镜SPFM的不同之处在于，VSPFM的针尖是在一驱动频率下振动。本实验通过调节相关参数，如偏压、amplitude setpoint(Asp)的大小，实现了针尖高度在极化力介导下的非接触方式和轻敲方式之间的自由切换。在VSPFM的非接触方式中，长程的极化力叠加在范德华力上，这就克服了AFM非接触方式中范德华力力程太短而成像不稳定的缺点；在极化力介导的轻敲方式中，可以用比AFM轻敲模式中最小稳定成像力更小的力进行成像。 VSPFM中，针尖与样品的间距一般在几纳米范围内，范德华力在成像的力中仍占相当一部分；特别是在极化力介导的非接触方式和轻敲方式的转折点处，范德华力还是主要成像力，而极化力起稳定作用。这是与一般的静电力显微镜不同的。在生物分子的AFM成像上，虽然轻敲模式比接触模式横向剪切力更小，对样品的移动和破坏也更小，但针尖压力仍然存在，使柔软的生物分子发生了很大的变形，成像高度通常小于它们的直径。这种压力实际上是样品原子和针尖原子间的排斥力，所以在AFM轻敲模式中测量柔软样品的高度存在一定问摘要题。本文提供了一种新的基于VSPFM的测量衬底上柔软样品高度的方法，可以在一定程度上消除针尖压力的影响，使测量更为精确。本文工作采用了VSPFM测量生物分子高度的两种方法: 一是在主扫描中通过改变As。来改变针尖的高度·首先在空白区域定点扫描图内得到As。的变化值与针尖在z轴上位移的关系;然后在待测样品表面将Asp 的值不断减小，这时针尖就不断趋近样品;从样品的上表面开始到衬底表面结束，从As。的变化值能够计算出样品的高度· 二是通过调节Lift模式下的扫描高度参数来改变针尖高度。在主扫描中维持针尖在一个恒定的高度;而在插入扫描中，不断减小扫描高度参数;从样品的上表面开始到衬底表面结束，扫描高度参数的差值就是样品的高度。本文应用VSPFM测量生物分子的高度，具有以下优势:静电力的导入扩大了针尖与样品的距离，使针尖在垂直方向上的移动更容易控制，可以在不同的高度上稳定成像:因为原子间的排斥力只在几个A的距离内起作用，针尖的抬升使排斥力迅速减小，也就使样品所受到的压力减小，所以发生的形变也随之减小，测得的样品高度更接近真实值。在本论文基础上发展出新的测量方法和测量装置与现有技术相比，装置结构比较简单，使用方便。本实验在胶体金颗粒的高度测量上，发现VSPFM的结果与AFM轻敲模式得到的结果类似:而对于DNA分子和抗体分子CA125，在同样的针尖、样品和环境条件下，测量值比AFM轻敲模式所得到的结果要大得多。不同样品的结果不同，原因在于胶体金颗粒较为坚硬，在AFM针尖的压力下变形程度小，而DNA分子和抗体分子比较柔软，在针尖压力下变形程度大。在高度测量的基础上，VSPFM进一步发展了对生物样品的弹性研究。AFM 摘要对细胞、细胞器及生物分子的弹性研究己经成为一个热点，但在小分子测量上，衬底的干扰不可忽略。VSPFM在测量小分子的弹性时，针尖对样品施加的力比以往的力曲线测量法小得多;在最小力处，针尖压力近似为零。这使得对小分子的测量更准确，因为此时可以避免

关键词：振动模式扫描极化力显微镜 DNA 抗体分子衬底高度测量弹性

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振动模式扫描极化力显微镜对氧化石墨烯热还原过程的实时原位监控

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电子显微学报 2013年第2期32卷 95-100页

作者：申月张益胡钧中国科学院上海应用物理研究所物理生物学研究室上海201800 中国科学院大学北京100049

通过调控GO(graphene oxide,GO)的还原程度可以得到电学性质不同的石墨烯,能更广泛地应用于纳米电子器件的构造中。本文利用振动模式扫描极化力显微镜(vibrating scanning polarization force microscopy,VSPFM)实时监控了氧化石墨烯的... 详细信息

通过调控GO(graphene oxide,GO)的还原程度可以得到电学性质不同的石墨烯,能更广泛地应用于纳米电子器件的构造中。本文利用振动模式扫描极化力显微镜(vibrating scanning polarization force microscopy,VSPFM)实时监控了氧化石墨烯的热还原反应过程。实验中发现GO的热还原启动逐点发生,在同一片中间还原态GO上的局域介电常数分布不均匀,而不同片的GO还原反应的进程也有差别。发现GO和还原的GO(reduced grapheneoxide,rGO)在VSPFM中呈现出不同的表观高度,由此可以在云母和玻璃以及同一片GO上直接辨别GO和rGO。这种实时原位监控单片层GO的各个还原状态的方法将推动它在纳米电子学领域的多种应用。

关键词：振动模式扫描极化力显微镜氧化石墨烯局域介电常数纳米结构图案

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基于振动模式扫描极化力显微镜的生物大分子弹性研究

基于振动模式扫描极化力显微镜的生物大分子弹性研究

引用

作者：郭云昌中国科学院上海应用物理研究所

学位级别：博士

该论文主要阐述了振动模式扫描极化力显微镜测量生物大分子弹性的原理、方法及其在生物大分子弹性测量上的应用.该论文共分为六章,第一章,引言部分主要介绍了原子力显微镜技术及生物大分子弹性测量技术;第二章主要是VSPFM方法的正确性论... 详细信息

该论文主要阐述了振动模式扫描极化力显微镜测量生物大分子弹性的原理、方法及其在生物大分子弹性测量上的应用.该论文共分为六章,第一章,引言部分主要介绍了原子力显微镜技术及生物大分子弹性测量技术;第二章主要是VSPFM方法的正确性论证,介绍抬高模式原理,利用抬高模式原子力显微镜对DNA的高度进行测量,论证振动模式扫描极化力显微镜测量生物大分子的高度的正确性以及准确性,从而为振动模式扫描极化力显微镜测量生物大分子的弹性方法的建立奠定基础;第三章以脱氧核糖核酸为例详细介绍了振动模式极化力显微镜测量生物大分子弹性的方法的建立,对DNA的压弹性进行了初步的测量和分析;第四章和第五章介绍了振动模式扫描极化力显微镜在蛋白质弹性测量中的应用:α-synuclein和IgG分别是纤维状蛋白和球状颗粒蛋白,通过振动模式扫描极化力显微镜测量这两种蛋白质的弹性,摸索振动模式扫描极化力显微镜在蛋白质弹性测量中的应用;第六章对全文进行了总结,在对论文的工作进行归纳和自我评价之后,还对进一步的工作进行了展望.该论文通过六个章节的介绍,注重突出了以下四个方面的研究成果:1.在确证VSPFM在软样品高度测量上的正确性的同时,建立了抬高模式原子力显微镜测量软样品的新方法;2.摸索建立了基于VSPFM的测量生物大分子弹性的方法;3.对DNA的压弹性进行了初步的测量;4.对抗体分子(IgG)和与多种神经退行性疾病相关的α-synclein的弹性进行了测量.

关键词：原子力显微镜振动模式扫描极化力显微镜弹性模量抬高模式

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