原子力顯微鏡（Atomic Force Microscope，簡稱AFM）作為一種表征測試技術(shù)，具有強大的儀器聯(lián)用功能，可以與拉曼技術(shù)、紅外分析、以及倒置光學(xué)顯微鏡等儀器聯(lián)用，突破單個儀器的局限性。在生物類材料的研究中，AFM通常會與光學(xué)顯微鏡聯(lián)用，考慮到樣品的透明度、尺寸等特性，還可以與各種工作站聯(lián)用，增強AFM的使用效果，從多個角度表征材料的特性，也將AFM的適用范圍從科研過渡到企業(yè)生產(chǎn)中。

應(yīng)用介紹

以生活中常見的紙張為例，大都由纖維素等生物成分構(gòu)成，AFM與光學(xué)顯微鏡的結(jié)合可以研究紙張上的印刷和書寫過程以及油墨如何與紙張相互作用。由于紙張的半透明特性，AFM可以與立式光學(xué)顯微鏡聯(lián)用，同時聯(lián)用便攜式穿梭工作站——BioMaterial (BioMAT™)工作站，來進(jìn)行樣品的傳輸移動，在平臺之間運輸樣品，提高工作效率。

圖1:AFM高度圖像(5 μ m2)的a)鏡頭清潔紙和b)標(biāo)簽紙。紙張的種類可以通過影響紙張結(jié)構(gòu)和硬度的纖維素纖維的大小和方向清楚地辨別出來。

傳統(tǒng)造紙和打印機行業(yè)通過優(yōu)化油墨消耗來創(chuàng)造好的印刷效果；普通用戶則希望減少潛在的有害碳粉顆粒的濃度，并希望節(jié)省能源和金錢。為了獲得更好的打印效果，調(diào)色劑和紙張的表面性能尤為重要。尤其是紙張的孔隙度、孔徑、滲透性、附著力和粗糙度都會影響結(jié)果。

這些特性都可以通過原子力顯微鏡來測量，并可以通過AFM聯(lián)用光學(xué)顯微鏡來研究油墨消耗量。因此，使用AFM聯(lián)用直立光學(xué)顯微鏡，同時聯(lián)用BioMaterial (BioMAT™)工作站，這種多維聯(lián)用技術(shù)可以有效識別熔化和非熔化形式的單個碳粉顆粒分布及尺寸，從而達(dá)到測試效果。

成像效果

AFM的多維聯(lián)用可以有效的增強成像效果，可以對光學(xué)顯微鏡進(jìn)行成像的同時，與BioMAT聯(lián)用進(jìn)行選區(qū)成像，在AFM高度圖像中CMYK(青色，品紅，黃色，黑色)顆粒的組合可以打印所有顏色。亮場光學(xué)圖像顯示在紙張表面完整的顆粒和熔融顆粒區(qū)域。在AFM高度圖像中可以清楚地識別出紙張上有色的碳粉顆粒。

此外，油墨材料和紙張表面之間的結(jié)構(gòu)差異可以相互區(qū)分(參見圖3)。紙張結(jié)構(gòu)(圖3b)與碳粉顆粒表面(圖3c)相比，在形貌和粗糙度方面存在顯著差異。由于光學(xué)和AFM數(shù)據(jù)的融合，在三維地形和明場光學(xué)圖像疊加后可以識別出不同的區(qū)域。還可以識別熔化和未熔化的顆粒并顏色。

圖2:(a)明場垂直光學(xué)圖像(40x;蔡司AxioImager)在激光打印紙上的打印區(qū)域。所有顏色都可以通過AFM掃描識別和定位。使用JPK NanoWizard®AFM和BioMATTM工作站對選定區(qū)域進(jìn)行成像。(b)相應(yīng)的AFM高度掃描顯示了完整的品紅和黃色碳粉顆粒的紙張結(jié)構(gòu)

圖3光學(xué)和AFM數(shù)據(jù)集成。

聯(lián)用保持高分辨率

通過AFM和光學(xué)顯微鏡聯(lián)用，能夠測定不同油墨顆粒的體積，而聯(lián)用后的AFM依然保持高分辨率，可以很容易地研究油墨消耗量。圖4給出AFM研究結(jié)果，一個碳粉顆粒的三維形貌和相應(yīng)的截面。碳粉顆粒大小和橫向膨脹的碳粉顆粒，體積可以計算出來。如圖4所示，顆粒的體積為308 μm3。

圖4:(a)所選碳粉顆粒的三維形貌(12.5µm)。(b)對應(yīng)的橫截面顯示了碳粉顆粒的高度和寬度，以識別一個碳粉顆粒的體積。

總結(jié)

布魯克作為原子力產(chǎn)品供應(yīng)商，針對生物型樣品可以提供JPK NanoWizard 4 XP生物型原子力顯微鏡。該設(shè)備具有強大的聯(lián)用能力，可以與包括紅外、拉曼、光學(xué)顯微鏡在內(nèi)的許多儀器聯(lián)用。通過AFM和其他品牌的光學(xué)顯微鏡及BioMAT™工作站聯(lián)用，不但可以將光學(xué)成像與AFM成像結(jié)合，同時可以利用工作站的便捷性對樣品進(jìn)行選區(qū)表征成像，具有成像分辨率高、效果好等優(yōu)點。而且可以從多個維度去了解材料本身的性能，為原子力顯微鏡在科研領(lǐng)域、企業(yè)領(lǐng)域、日常生活中的應(yīng)用提供了思路。

參考文獻(xiàn)：

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數(shù)據(jù)來源：本文數(shù)據(jù)來源于布魯克網(wǎng)站

產(chǎn)品介紹

NanoWizard® 4 XP生物型原子力顯微鏡在一個系統(tǒng)中可提供原子分辨率，高達(dá)150行/秒的快速掃描以及100µm大掃描范圍。即使置于倒置光學(xué)顯微鏡上，對從單分子到活細(xì)胞和組織的樣品進(jìn)行長期實驗，其具有優(yōu)異的機械和熱穩(wěn)定性。

主要特點

u  具有快速掃描選項，高可達(dá)每秒150行，可用于跟蹤動態(tài)過程

u  現(xiàn)在已經(jīng)標(biāo)配Bruker的PeakForce Tapping技術(shù)

u  大掃描范圍，100 × 100 × 15 µm3，且在倒置顯微鏡上具有原子晶格分辨率

u  全新的基于工作流程的用戶界面，符合人體工程學(xué)設(shè)計，易于操作

u  新增Tiling拼接功能，可與HybridStage一起自動映射大樣品區(qū)域

u  增強的DirectOverlay 2模式用于精準(zhǔn)與顯微鏡關(guān)聯(lián)

u  全新的Vortis 2控制器，具有高速低噪音DAC和的位置傳感器讀取技術(shù)

u  高的靈活性和可升級性，擁有廣泛的模式和配件