AFM 技术如此特殊？

AFM非常直观；你可以想象成一个蒙着眼睛的人用手指触摸表面，感受它们的硬度和表面形状。与其他复杂技术相比，AFM 的解释和使用相对简单，尤其是在生物应用中。它允许在接近天然条件下检查各种生物样本——从 DNA 等小分子到整个细胞和组织，这对生物学来说很重要。AFM 的多功能性及其对生物环境的适应性使其成为一种有价值的工具。

AFM 如何工作？

AFM 的工作原理是将探针逐行扫描样品表面。随着探针的移动，高度变化会导致悬臂弯曲，从而改变瞄准悬臂的激光束的偏转，从而对样品进行详细成像。

激光束偏转系统通常用于大多数 AFM，该系统涉及将激光束从悬臂背面反射到探测器上。位置敏感光电二极管检测反射的激光束，捕捉运动以生成样品表面的详细地形图。

AFM 针尖和悬臂通常由硅 (Si) 或氮化硅 (Si₃N₄) 微加工而成，针尖半径通常在几纳米到几十纳米之间。针尖和样品之间的力会影响 AFM 成像。该力不是直接测量的，而是通过测量悬臂的挠度并了解其刚度来计算的。

AFM 使用带有激光偏转的反馈回路来保持探针与样品之间的距离恒定。当探针与表面相互作用时，光电探测器上的激光点在反馈回路中用于监测表面以进行成像和测量。这种精确的控制使 AFM 能够生成高度详细的表面图，从而提供对各种材料复杂表面结构的无与伦比的洞察力。

AFM 功能模式:

接触模式：探头与表面保持持续接触，可实现高分辨率成像，但由于持续的压力，可能会损坏较软的样品。

轻敲模式：探头在靠近样品表面处振荡，在振荡周期的最低点短暂接触。此模式可最大限度地减少对精密样品的潜在损坏，同时仍能提供高分辨率图像。

非接触模式：探针停留在表面上方，无需物理接触即可检测范德华力。此方法测量由于相互作用力而导致的悬臂谐振频率或振幅的变化，适用于分析柔软或易碎的表面而不会造成任何损坏。

原子力显微镜的优点：

样品无需导电；

能在多种环境（如真空、大气、液体、低温等）下工作；

能得到物体表面的高分辨三维像；

能对单细胞、单分子进行操作，如在细胞膜上打孔、切割染色体等。

AFM 具有多种优势，包括能够在真空、空气和液体等多种环境中操作，无需真空。这种多功能性有助于轻松制备样品并确保准确测量样品尺寸。

AFM 可以生成详细的 3D 图像并提供物理特性数据，因此无论表面粗糙度如何，它都是研究活体和非活体样本的理想选择。它在动态环境中尤其有价值，例如细胞和分子生物学研究，它可以捕捉表面特性和相互作用的实时变化。

无论是评估材料纹理、研究生物样本还是分析各种条件下的表面，AFM 都能提供精确而全面的见解。

尽管 AFM 具有诸多优势，但它也存在明显的局限性。它一次只能扫描一个纳米尺寸的区域，通常约为 150x150 纳米，这对于较大的样本来说可能是一个限制。相对较低的扫描速度可能导致热漂移，从而可能影响测量精度。

AFM的应用实例：

（1）表征液体中生物样品

编辑

链球菌素的结构研究：a)，溶血素被标域的晶体结构；b）,一种具有原子结构孔隙低聚物微结构的低温电子显微镜图的截面图；c),在水溶液中测得的具有(b)结构模型孔隙的AFM 3D表面形貌d),c)的高度剖面图

薄膜材料的表面形貌

编辑

(a) 一种基于电荷注入机制的电式纳米装置的示意图; (b)CNP2-P样品（Vet=3V，electro-typing）2×2µm2区域的输出图像，对应于谱线图f中的黑色曲线；(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的输出图片，对应谱线图f中的粉红色曲线；(f)所有扫描图像对应的谱线图。