CN110658361B - 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
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材料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，粘在探针悬臂正下方的第一胶体微球，和粘在探针悬臂末端的第二胶体微球。第一、第二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第一胶体微球，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第二胶体微球，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)，第一胶体微球(2)，第二胶体微球(3)；进行测量时，被测生物材料(5)放置在载物玻片(4)上。
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。所述第一、第二胶体微球(2，3)为透明材质微球，材料为聚苯乙烯或钛酸钡，根据不同需求直径在15～50μm。
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，所述悬臂下方第一胶体微球(2)可保证接触面为球面；由于第一胶体微球(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第二胶体微球(3)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影响，可以真实的反映出微球空间信息的变化。
第一胶体微球(2)和被测生物材料(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，该过程可由第二胶体微球(3)的铅锤位置变化反映出来；由第一、第二胶体微球(2，3)的位置可以看出，第二胶体微球(3)的铅锤位置变化对形变的观测起到了放大作用。
Claims (3)
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)搭配第一胶体微球(2)和第二胶体微球(3)，其中第一胶体微球(2)位于扫描探针(1)悬臂前侧下方，第二胶体微球(3)位于扫描探针(1)悬臂末端且部分悬空，二者分别用于施力和视觉测量，减少了与被测生物材料(5)接触时所引入的测量误差。
2.根据权利要求1所述基于原子力显微镜(AFM)扫描探针的力学响应测量工具，其特征在于，胶体微球的材料为聚苯乙烯或钛酸钡，根据不同需求，直径在15～50μm；所述位于扫描探针(1)悬臂前侧下方的第一胶体微球(2)，球体一侧通过大量环氧树脂粘合剂与扫描探针(1)相粘接；所述位于扫描探针(1)悬臂末端的第二胶体微球(3)，球体大部分处于悬空状态，通过少量环氧树脂粘合剂与扫描探针(1)悬臂相粘接。
3.根据权利要求1所述基于原子力显微镜(AFM)扫描探针的力学响应测量工具，其特征在于，制备过程包括以下步骤：将扫描探针(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，将环氧树脂粘合剂涂抹在扫描探针(1)悬臂中下部，再操作另一探针挑取第一胶体微球(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(1)悬臂末端，挑取第二胶体微球(3)后放置在扫描探针(1)悬臂末端；待粘合剂固化后，完成制作。
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