一种可测量AFM 力学参数的纳米探针制备方法

摘要

本发明提供一种可测量AFM力学参数的纳米探针制备方法，制备纳米探针所需产品包括：无针尖微悬臂探针、直径为2-5um或5um-10um的微球、环氧乙烷树脂胶、专用调拌刀具、带有精确刻度的标准载玻片或者SEM、生物型AFM带有光学显微镜及成像系统；微悬臂的纳米探针和生物型AFM联用。该纳米探针制备方法无需每次成像完之后更换针尖、校准激光，再更换带微球的针去测量力学参数的步骤，使操作简单，使测量的力学参数更加准确。

说明书

技术领域

本发明涉及一种可测量AFM 力学参数的纳米探针制备方法，属于机械技术领域。

背景技术

纳米技术的应用给医学、生命科学、药学、化学及生物检测、制造业、光学以及国防等等领域带来了巨大的发展前景。运用微纳米技术手段解决很多经典理论没法考量的问题。而AFM 作为研究微纳米尺度的主要仪器之一，近年来，在国内研究所以及高校等大型研究机构的保有量不断增加，但是与此同时，与之相配的高成本易耗材料---纳米探针的用量也迅猛增长。但是按照传统的AFM 设计原理，在使用探针扫描中要追求高分辨成像，就很难同时获得准确力学性质参数测量。 

发明内容

本发明提供一种可测量AFM 力学参数的纳米探针制备方法，能够克服以上所诉缺陷，通对传统锥形或是金字塔式针尖进行修饰，运用微球修饰不但能满足高分辨率的形貌解析而且能实现精准的力学参数测量，避免由于针尖单点巨大压强对细胞膜的损伤问题，满足一般实验室低成本化原则要求，提供一种实用、低成本、性能优良，能够获得精确力学参数测量地，同步性一致性较好地纳米探针微球修饰制备方法，以满足社会和市场需求。从而用于准确测量正常细胞以及癌细胞、组织、材料以及表面颗粒物等纳米尺寸度的力学参数，为微纳米研究领域提供一种可靠的手段。

为解决以上技术问题，本发明提供如下技术方案：一种可测量AFM 力学参数的纳米探针制备方法，其特征在于，制备纳米探针所需产品包括：微悬臂无针尖探针、直径为2-5um或5um-10um的微球、环氧乙烷树脂胶、专用调拌刀具、带有精确刻度的标准载玻片或者SEM、生物型AFM带有光学显微镜及成像系统；所述微悬臂的纳米探针和生物型AFM联用；SEM为扫描电子显微镜、生物型AFM为原子力显微镜，所述探针制备方法的步骤如下： 

A.    将微悬臂探针置入AFM，按正常操作步骤调定并聚焦激光光斑，其对准在即将粘固微球的区域。

B.    待调定激光并聚焦后，使获得合适的Sum value后，使激光光斑聚焦至四象限中心，撤退步进电机以及针头，放置载玻片以及载玻片上的微球。

C.    将微球预先铺在干净的载玻片的一侧区域内，并取下AFM扫描头，放置呈有微球的载玻片置AFM样品台固定，并利用CCD观察所铺微球的形态，大小以及均匀度。

D．从AFM上取下微球载玻片妥善放置备用，载玻片在AFM显微镜下，以AFM 微悬臂实施微操作推动微球小范围移动至标准片的标定区域，从而确定所测微球的大小直径，完成操作后，换上已知尺寸的微球，备用。

E．重新放上之前铺有已知尺寸规格的微球的载玻片，置AFM 样品台固定，准备操作。

F．推进AFM 步进电机至接近玻片上的微球表面，在AFM自带的CCD辅助下再次细致观察并选择所要微操作区域的微球，并用微标记笔作为微记号，将某区域选作操作区。

G．撤步进电机，抬针，取下载玻片，妥善放置备用；另取一块干净的载玻片用于调和环氧树脂胶，将环氧树脂的两种糊剂成分按1:1等体积混合后，迅速调拌均匀。

H． 取先前已经测得大小规格的微球少许，置于干净载玻片的另一侧，备用。

I．固定载玻片，驱动马达推进步进电机，下针。

G. 开启驱动马达推进步进电机，准备蘸胶于微悬臂。

K．下针至微悬臂轻接触胶后，轻微蘸到少许胶后，不抬针向相反方向拖动微悬臂抹去多余的胶。

L．遂抬针，手调AFM样品台移至已作好标记的微球区域，将位置正好调定在微悬臂尖端位置中心处，下针，直至接触到微球的上面，停滞30s-1min。

M．上抬针尖及微球，至步进电机向上方回撤50um，制动，等待环氧树脂完全固化。

进一步地，所述纳米探针微悬臂的形状为长方形、箭形、V形或三角形。

进一步地，所述微球为单分散系聚苯乙烯微球、玻璃微球或SiO₂微球。

本发明涉及的这种可测量AFM 力学参数的纳米探针制备方法，具有的有益效果：

1.      自组装式微悬臂纳米探针和微球能够降低实验室的成本。

2.      2-5um及5um以上的单分散系的微球可以兼顾高分辨成像和力学参数测量，无需每次成像完之后更换针尖、校准激光，再更换带微球的针去测量力学参数的步骤。

3.      环氧乙烷树脂胶可以为探针悬臂与微球提供足够坚固的粘接力，并且其固化时间可以保证在显微镜下实施的微操作顺利完成。

4.      用带有精确刻度的标准片和SEM用于确定单分散系微球的直径，简便易行，精确度高。

5.      AFM 显微镜系统能够为可见视场内实施微操作或者微修饰提供一种微纳米尺度可行的方法。

6.      无针尖式微悬臂探针与小微球的组合能够避免针尖单点巨大压强对生物膜的损伤和自身固有的针尖向上偏折问题，使测量的力学参数更加准确。

附图说明

图1为本发明纳米探针结构示意图；

图2为本发明纳米探结针构示意图；

图3为本发明纳米探针结构示意图；

图4本发明单分散系聚苯乙烯微球、玻璃球或者SiO₂微球结构示意图；

图5本发明调拌刀结构示意图；

图6和图7为本发明载玻片及制备过程示意图；

图8和图9为本发明纳米探针与微球结构图；

图10为生物型AFM光学显微成像系统的探针夹具结构图。

具体实施方式

如图1-图3所示，微悬臂分别为长方形、箭形和三角形。

本制备方法可用于各种正常细胞以及癌细胞、组织、材料以及表面颗粒物等纳米尺寸度的力学性质及参数的准确测量，尤其对于纳米尺寸的物体进行测量及成像。制备方法中包括的设备及工具如下：微悬臂的纳米探针，微悬臂在2um-5um之内和5um以上，单分散系的聚苯乙烯微球，玻璃微球，或者SiO₂微球，环氧乙烷树脂胶以及专用调拌刀具，带有精确刻度的标准载玻片（25*75*厚度3mm 、透明）或SEM，生物型AFM带有光学显微镜以及成像系统。如图4和图5所示，为微球和调拌刀结构图。

如图6-10所示，为制备过程示意图。本方法所述的纳米探针1和生物型AFM联用，所述带有精确刻度的标准载玻片5和SEM 为确定单分散系微球2的直径，环氧乙烷树脂胶3以及专用调拌刀具是用于粘固微球2的。其具体方法是：首先将纳米探针1安装在AFM扫描头上，纳米探针1的微悬臂11，进行AFM校准，然后抬起显微镜聚光镜，取下扫描头，将单分散系微球2轻轻倒出一些至载玻片5上，然后，将载有微球的载玻片5放回AFM 样品固定台固定，重新置回聚焦镜，设定初始值下针，在步进电机的驱动下逐步逼近，当达到载玻片5表面后，抬针200um，是探针1离开载玻片5表面，在聚焦在微球2上，观察微球2的大小以及均匀度，选取所要粘接的微球2的区域，并用Marker笔做微标记，在将探针1彻底离开玻片表面，取下在有微球2的玻片备用；另去一片干净的载玻片5用于调和环氧树脂胶3，各取粉剂与液剂1：1（v/v），用塑料调拌刀调和，一般此种环氧树脂胶3的固化时间为5-10min，待调和均匀后，取少许胶，置与有微球2的区域的近旁，固定好该载玻5片，调节聚光镜下针至树脂胶的边沿，找好位置，轻轻下针至接触胶后，迅速撤离胶的表面，找一空白区域下针至接触载玻片5底部，此时小心移动扫描针抹去多余的胶，后随调节样品台是预先标记号的微球区域在于针的下方，推进步进电机使针逼近微球层面，再次确定所要操作的微球2，下针至微球2上，或者下针至距离微球较近的空白区域，抬针100后将微球2移至针下，使探针1与微球2接触，各型AFM均有显示（比如JPK为idle），保持此状态停滞几秒，然后撤针100um，不要出现任何震动，等待30min左右使胶彻底固化，至此完成探针微球修饰的全部过程。

本技术提供的这种可测量AFM 力学参数的纳米探针制备方法，针对传统锥形或是金字塔式针尖能满足高分辨率的形貌解析而不能实现精准的力学参数测量，易出现针尖的单点巨大压强对于细胞膜的损伤问题，而改进后的负载微球的专用探针造价太高，不能满足一般实验室低成本化原则的要求，故本方法弥补上述的主要不足，提出了一种实用地，低成本，能够获得精确力学参数测量地，同步性一致性较好地纳米探针微球修饰方法，用于准确测量正常细胞以及癌细胞、组织、材料以及表面颗粒物等纳米尺寸度的力学参数，为微纳米研究领域提供一种可靠的手段。

本发明所述的具体实施方式并不构成对本申请范围的限制，凡是在本发明构思的精神和原则之内，本领域的专业人员能够作出的任何修改、等同替换和改进等均应包含在本发明的保护范围之内。