双探针机器人纳米操纵系统的信号检测与处理

摘要

由于纳米技术促进了生物医学、材料、信息等技术领域的创新和发展，因此纳米测量以及纳米制造技术的研究逐渐成为国际化科技竞争的焦点之一。原子力纳米操纵系统通过检测探针针尖与纳观被测样品之间的交互作用力信号来获取被测样品的表面形貌、纳米级材料的特性表征，以及纳米操纵的精确控制。本文在国家国际科技合作专项“机器人纳米操纵技术及在生物医学中的应用”(2012DFA11070)的支持下，设计了基于AFM原理的双探针机器人纳米操纵信号检测系统，并完成对被测样品的形貌表征、测量、以及三维操纵。
　　本文的主要研究内容和创新包括:分析AFM针尖与被测样品之间的交互作用力，详细阐述原子力显微成像和显微操纵技术，比较和选择探针悬臂形变反馈信号检测方法，设计探针悬臂形变反馈信号检测系统，提出并设计双探针纳米操纵信号检测系统，在气相下开展样品形貌检测、系统测量重复性检测、样品尺寸测量、双探针与样品交互作用力检测实验，设计轻敲模式下探针驱动源。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 纳米操纵技术概述

1．2 国内外发展现状

1．3 课题的背景和意义

1．4 本文的主要研究内容

第2章 原子力显微成像及操纵原理

2．1 探针力学分析

2．2 原子力显微成像

2．3 原子力显微操纵

2．4 小结

第3章 原子力探针信号检测及处理的设计与实现

3．1 探针悬臂形变反馈信号检测

3．1．1 探针悬臂形变反馈信号检测系统的设计与实现

3．2 信号的采集与处理

3．2．1 信号采集模块

3．2．2 DSP控制模块

3．2．3 数据存储模块

3．2．4 USB通信模块

3．3 样品形貌成像

3．4 小结

第4章 双探针机器人纳米操纵系统的实现

4．1 基于原子力信号检测的机器人纳米操纵

4．2 双探针机器人纳米操纵系统的设计

4．3 双探针原子力信号检测与处理

4．4 小结

第5章 系统应用实验及结果分析

5．1 实验前的准备

5．2 系统测量的重复性检测

5．3 生物细胞尺寸测量

5．3．1 Roberts边缘检测算子

5．3．2 Sobel边缘检测算子

5．3．3 Prewitt边缘检测算子

5．4 轻敲模式下，探针驱动技术的实现

5．5 小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢