CN110658361A - 基于原子力显微镜(afm)扫描探针的力学响应测量工具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于原子力显微镜(AFM)扫描探针的力学响应测量工具。所述力学响应测量工具是将AFM扫描探针和两个胶体微球粘接，利用一个胶体球取代扫描探针针尖与样品表面接触，另一个胶体微球粘在探针末端处于半悬空状态，可参与到视觉传感的定位中。位于扫描探针下方的微球改善了力负载的加载方式，而半悬空微球保留了一半球的特征，在微纳精度的视觉定位中有较好的鲁棒性。

Description

基于原子力显微镜(AFM)扫描探针的力学响应测量工具
技术领域
本发明涉及一种基于原子力显微镜(AFM)扫描探针的力学响应测量工具，具体是将AFM扫描探针和两个胶体微球粘接，利用一个胶体微球取代扫描探针针尖与样品表面接触，另一个半悬空胶体微球参与到视觉传感的定位中。主要用于微纳操作、生物医学研究领域。
背景技术
随着纳米技术在生物医学领域的发展，研究者们对病理学的研究重点逐渐转移到了 个体细胞在不同生理环境下的微观变化。其中，细胞的力学响应特性反映了细胞机械信号传 导的反常与否，是研究中非常重要的一环。常用的细胞力学响应测量工具便是AFM扫描探 针，通过探针针尖与被测生物材料样品接触，实现力的施加和被测样品形变的测量。
扫描探针本身只应用于原子力显微镜等扫描探针显微镜上，随着对个体细胞生理特 性研究需求的增加，很多基于精密运动平台的细胞微纳操作技术开始借助扫描探针作为力学 特性测量工具。为了改善扫描探针的力负载加载方式，通常将其与胶体微球相结合，改善针 尖施加力的应力集中，并且可以借助视觉传感得到胶体微球的位置变化。
单个胶体微球通过粘合剂粘在针尖下，由于粘合剂本身的连接刚度在微纳测量中会 引入误差，并且连接刚度不足时会引起探针的偏转，进一步增加误差。故本发明引入第二个 胶体微球，提高扫描探针在不同微纳操作、测量系统中的适用性，并减少粘接所带来的随机 误差。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出将扫描探针搭配两个胶体微球， 改善力的施加情况的同时，减少微球与被测生物样品接触时因粘接处应力不均匀所引入的测 量误差。
为实现上述目的，本发明包括：一枚原子力显微镜扫描探针，一个粘在探针悬臂正下方的胶体微球，和一个粘在探针悬臂末端的胶体微球。胶体微球和探针之间通过环氧树脂 胶相粘接。
本发明包括该力学响应测量工具的制作方法，其特征在于：将原子力显微镜扫描探 针倒置固定在玻片上并置于显微镜视场内，手动操作另一探针蘸取环氧树脂粘合剂，将粘合 剂涂抹在扫描探针悬臂中下部，再操作探针挑取一枚微球，放置在涂抹胶水处。待粘合剂固 化后，将扫描探针正置固定在玻片上，手动操作另一探针将粘合剂涂抹在扫描探针悬臂末端， 挑取另一枚微球后放置在悬臂末端。待粘合剂固化后，完成制作。
所述位于悬臂下方的胶体微球，球体一侧通过大量环氧树脂粘合剂与所述探针相粘 接，该球将与被测样品相接触，力学响应可用Hertz模型来确定。所述位于悬臂末端的胶体 微球，球体大部分处于悬空状态，通过少量环氧树脂粘合剂与所述探针悬臂相粘接，通过微 球离焦图像定位技术反馈其空间信息。
附图说明
图1为本发明的系统结构原理图；图2为使用本发明测量细胞示意图。
本发明基于扫描探针的力学响应测量工具主要包括扫描探针1，胶体微球2，胶体微球3
所述原子力显微镜扫描探针一般具有一到三个悬臂，只取其中一个用来和两个胶体 微球相粘合。所述胶体微球为透明材质微球，其材料可为聚苯乙烯或钛酸钡，根据不同需求 直径在15～50μm均可。
具本实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图2对本发明作进一步详细描述。
使用本发明进行力学特性响应测量时，扫描探针含有胶体微球2的一侧向下，在与被测生物材料5接触时，所述悬臂下方胶体微球2可保证接触面为球面；由于胶体微球2完全位于探针悬臂下方，且所受被测样品弹力竖直向上，悬臂不受扭矩。所述处于悬空状态的胶体微3球与被测样品发生形变的位置有一定距离，不会受到被测样品变形所带来的背景光变化，可以真实的反映出微球空间信息的变化。
胶体微球2和被测样品5相互挤压的过程中，探针悬臂产生挠曲形变，而被测样品表面产生弹性形变，该过程可由胶体微球3的铅锤位置变化反映出来；由胶体微球2和3的位置可以看出，微球3的铅锤位置变化对形变的观测起到了放大作用。

Claims (4)

1.基于原子力显微镜(AFM)扫描探针的力学响应测量工具，其特征在于：将扫描探针1搭配两个胶体微球2,3，改善力的施加情况的同时，减少微球与被测生物样品接触时因粘接处应力不均匀所引入的测量误差。
2.根据权利要求1所述的扫描探针，其特征在于拥有一个或以上的直线型探针悬臂。
3.根据权利要求1所述的胶体微球，其特征在于，其材料可为聚苯乙烯或钛酸钡，根据不同需求直径在15～50μm均可。所述位于悬臂下方的胶体微球2，球体一侧通过大量环氧树脂粘合剂与所述探针相粘接；所述位于悬臂末端的胶体微球3，球体大部分处于悬空状态，通过少量环氧树脂粘合剂与所述探针悬臂相粘接。
4.根据权利要求1所述的力学响应测量工具，其特征在于，制备过程包括以下步骤：将原子力显微镜扫描探针1倒置固定在玻片上并置于显微镜视场内，手动操作另一探针蘸取环氧树脂粘合剂，将粘合剂涂抹在扫描探针悬臂中下部，再操作探针挑取一枚微球2，放置在涂抹胶水处。待粘合剂固化后，将扫描探针1正置固定在玻片上，手动操作另一探针将粘合剂涂抹在扫描探针悬臂末端，挑取另一枚微球3后放置在悬臂末端。待粘合剂固化后，完成制作。
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