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

摘要

该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.该实验通过调节相关参数,如偏压、amplitude setpoint(A<,sp>)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.该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.

目录

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第一章引言

1.1原子力显微镜(AFM)的基本原理

1.2扫描极化力显微镜(SPFM)

1.2.1装置和原理

1.2.2应用

1.3静电力显微镜(EFM)

1.3.1原理

1.3.2 EFM在DNA分子导电性能测量上的应用

1.4 DNA的样品制备

1.4.1在氨基化的云母表面

1.4.2在金属阳离子修饰的云母表面

1.4.3盐晶体表面的吸附

1.4.4在导电衬底上DNA的固定

1.5 DNA的高度测量

1.5.1不同条件下的测量结果

1.5.2引起DNA变形原因的推测

1.6弹性测量

1.6.1力曲线方法

1.6.2通过逐步减小振幅来增大针尖的作用力，得到不同的形变量

1.7本实验研究的目的

第二章材料和方法

2.1试剂和仪器

2.1.1试剂

2.1.2仪器

2.2样品制备

2.2.1 DNA的衬底制备

2.2.2 DNA的样品制备

2.2.3蛋白质的样品制备

2.2.4胶体金颗粒样品的制备

2.3振动模式扫描极化力显微镜(VSPFM)的装置

2.4用VSPFM测量衬底上样品的高度

2.4.1改变Asp来改变针尖的高度

2.4.2 Lift模式下改变针尖的高度

第三章实验结果

3.1 DNA拉伸效果与速度的关系

3.2在Au衬底上制备DNA样品

3.3不同的实验参数对VSPFM成像的影响

3.3.1驱动频率(drive frequency)的影响

3.3.2直流和交流偏压的影响

3.3.3偏压频率的影响

3.3.4偏压大小的影响

3.3.5Asp设置的影响

3.4高度测量的结果

3.4.1胶体金颗粒

3.4.2蛋白质分子

3.4.3 DNA分子

3.5DNA弹性的初步测定

第四章讨论

4.1 VSPFM试验中实验参数的选择

4.2引起高度变化的原因-针尖压力

4.3柔软样品变形的其他因素

4.4介电常数的影响

第五章结论

参考文献

专利-1

专利-2

博士期间相关论文和专利

致谢