生物型低温调频非接触原子力显微成像系统研制

摘要

原子力显微镜已经成为科研工作者研究样品表面形貌特征的一种强有力的工具，尤其在材料科学和生物科学领域得到了广泛的关注。虽然原子力显微成像技术已经被广泛应用于探测各种不同类型的生物大分子，并取得了许多令人欣慰的成果，但是，稳定、可靠、可重复地获取1纳米，尤其是小于1纳米的精细结构仍然是目前的一大难点。
　　针对这一难点问题，我们自主研发了一种具有超高分辨率成像能力的低温调频非接触原子力显微镜系统。首先，我们利用探针悬臂共振频率的变化作为反馈信号，通过精确控制探针和样品表面的距离，使其工作在非接触模式下，成功实现了调频非接触原子力显微镜的搭建。然后将显微镜置于77K的低温环境中，并使其正常工作。为了保证仪器能够在低温下工作，我们重新设计了一种不同于商业化原子力显微镜的头部，并增加了磁阻尼悬挂系统，以降低机械噪音与振动耦合；同时，我们通过适当增压的方式控制液氮沸点从而有效的压制了液氮气化在成像中造成的振动；设计了齿轮组合达到样品与探针间支撑点的三点联动以实现探针与样品间平行进退；通过增加光杠杆光程、高效聚焦等方法达到了必要的检测灵敏度。另外，我们重新设计了电路等来进一步减少噪声，提高整个系统的信噪比。
　　通过测试，仪器的本底噪声可以达到12fm/√Hz,远远低于常规商业原子力显微镜的噪声值。我们利用搭建的低温调频非接触模式原子力显微镜成功探测了生物样品的表面形貌，成功证明了相对于接触模式，低温调频非接触模式更容易获得高分辨率图像。

目录

声明

第一章 前言

1.1原子力显微镜（AFM）简介

1.2 AFM的构成及工作原理

1.3常规AFM的成像模式

1.4 AFM的应用

1.5发展低温调频非接触原子力显微镜的必要性

1.6论文的研究目的及意义

1.7论文的主要内容与章节安排

第二章 设计搭建低温调频非接触原子力显微镜

2.1概述

2.2设计搭建适用于低温环境的调频非接触原子力显微镜

2.3搭建并调试低温密封系统

2.4将调频非接触原子力显微镜与低温系统相结合

2.5测试低温调频非接触原子力显微镜

2.6本章小结

第三章 低温调频非接触原子力显微镜用于生物样品的表征

3.1低温接触模式原子力显微镜

3.2低温接触模式原子力显微镜对生物大分子的成像

3.3低温非接触模式原子力显微镜的应用前景

3.4本章小结

第四章 结论与展望

4.1结论

4.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文