CN111505344B - 一种微球探针的制备方法和制备装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微球探针的制备方法和制备装置，制备方法为：首先制备带有微球和UV胶胶滴的载玻片，然后将带有微球和UV胶胶滴的载玻片和探针悬臂上下布置，接着控制探针悬臂的尖端触碰到UV胶胶滴，接着分离载玻片和探针悬臂，控制载玻片上单个分散的微球颗粒与探针悬臂上的理想位置处的UV胶胶滴接触，最后再次分离载玻片和探针悬臂，固化UV胶制得微球探针；制备装置包括光学显微镜、载玻片I、手动三轴组合台、探针固定装置和UV固化灯。本发明的方法操作简便，装置结构简单，有效解决了现有技术的微球探针的制备方法存在的操作复杂、制备成功率较低、探针悬臂尖端胶水含量及微球所处位置不可控、平台搭建成本较高等问题。

Description

一种微球探针的制备方法和制备装置

技术领域

本发明属于AFM微球探针的制备加工领域，涉及一种微球探针的制备方法和制备装置，特别涉及一种在光学显微镜下完成在探针悬臂上粘取微球颗粒从而制得AFM微球探针的方法和装置。

背景技术

原子力显微镜(atomic force microscope；AFM)自发明以来已成为纳米摩擦领域研究的一个重要工具，用于研究纳米尺度下样品表面的相互作用，并提供准确的材料性能信息，如弹性、粘附、表面电位或表面电荷密度等。AFM最常用来量化粒子接近表面时所产生的力。AFM探针作为AFM重要的组成部分，其针尖形状通常是圆锥形或者是金字塔形，尖端的曲率半径范围在1～10nm。由于实验过程中，探针针尖存在磨损的情况，因此其针尖尖端的大小和形状将难以测量。除此之外，传统的AFM针尖只能模拟单一粗糙度接触，并且会造成一个不存在MEMS设备中的高接触压力，从而会影响摩擦、粘附、磨损及其他性能，最终导致实验结果无法运用到实际应用中。

微球探针技术自Ducker等人提出后，就成为研究二维材料表面力的一种成熟而有力的工具。微球探针是指AFM悬臂的尖端被具有明确空间尺寸和物理特性的微球粒子所取代。微球颗粒的半径一般在个位数微米的范围内，比常规传统AFM针尖的尖端半径约大2个数量级。因此，微球探针可以减少由于探针几何形状变化及高接触压力带来的实验的不确定性和数据的不准确性。此外由于微球探针有更大的相互作用面积，因此其信噪比更高，广泛的运用于微颗粒表面之间，诸如范德华力、静电力、毛细力在内的各种形式的表面力的测量。微球探针技术是一种简单、直接、高分辨率的方法，非常适合用来研究新型二维纳米材料表面力。

微球探针针尖的粘结方法大体上可以分为两种，一种是通过高温熔融烧结将微球固定在悬臂上；另一种是通过化学胶粘结的方法将微球粘在悬臂上。化学胶粘结法是将微球和探针悬臂用胶水结合，完成微球探针的制作。基于该原理的制备方法主要有双线法、悬臂移动法、双向三维移动平台粘结法。

文献1(Measurement of forces in liquids using a force microscope[J].Langmuir,1992,8(7):1831-1836.)首先使用双线法(Dual-wire technique)来制备微球探针。在光学显微镜的观察下，将探针固定在特制的夹具上，探针悬臂朝上，使用三维移动机械手移动一根很细的金属丝(光纤、微移液管等)来蘸取少量UV胶水，然后将金属丝上的UV胶水转移到探针悬臂的顶端，接下来用另外一根金属丝在毛细力的作用下拾起一个微球，把微球放置在探针悬臂上的胶点上。双线法适用于处理无针尖悬臂，因为无针尖悬臂有利于UV胶的蘸取和微球位置的确定。但这项技术有几个缺点：第一，由于微球和金属丝之间毛细力非常的薄弱，导致微球探针的制备成功率不高；第二，金属线必须保持干净，避免微球表面的污染；第三，利用双线法制备微球探针，由于金属线和悬臂的尺寸过小，很容易造成金属线和悬臂的损坏。

文献2(Invited review article:a review of techniques for attachingmicro-and nanoparticles to a probe’s tip for surface force and near-fieldoptical measurements[J].Review of scientific instrμments,2007,78(8):081101.)公开了使用悬臂移动法(Cantilever-moving technique)制备微球探针。研究者使用三维运动平台来操作探针，将探针固定在一个由铝箔制成的U型夹具上，通过移液管将整个夹具和探针固定在三维微操作臂上，在干净的载玻片上滴上微球混合液，并在微球液滴旁边滴上一滴UV胶水，先移动悬臂蘸取UV胶水，再缓慢靠近目标微球，利用胶水的粘性，完成微球探针的制作，最后使用UV胶固化灯，对悬臂上的UV胶进行固化，该方法需要制备特定的夹具来固定探针，且制备过程中无法观察到微球颗粒及胶水的粘取情况。

文献3(二氧化硅胶体探针的制备及其在模拟颗粒物间相互作用力测定中的应用[D].河北师范大学,2009.)公开了使用双向移动平台法制备微球探针，其同样利用UV胶粘取微球颗粒，该方法采用高倍光学显微镜-CCD-计算机实时监测系统，利用三维操作平台，实现悬臂、UV胶和微球颗粒的双向三维移动，来制备微球探针，使得操作更加灵活方便，该方法无法实时观察胶水的粘取情况，亦无法对悬臂尖端的胶水含量和微球颗粒位置进行控制，并且操作有一定的繁琐性，且整个制备平台的搭建成本较高，另外，由于缺少悬臂弯曲检测装置，因此制备过程中容易出现悬臂损坏的情况。

综上，现有技术的微球探针的制备方法普遍存在着操作复杂、制备成功率较低、探针悬臂尖端胶水含量及微球所处位置不可控、平台搭建成本较高等问题，亟待解决。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中存在的问题，提供一种微球探针的制备方法和制备装置。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种微球探针的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备带有微球和UV胶胶滴的载玻片；

(2)将带有微球和UV胶胶滴的载玻片和探针悬臂上下布置，控制上方水平的载玻片带有微球和UV胶胶滴的表面向下，下方倾斜的探针悬臂的正面向上；

(3)调节载玻片和探针悬臂的相对位置使得在光学显微镜的视野下探针悬臂的尖端触碰到UV胶胶滴；

(4)分离载玻片和探针悬臂，再次调节载玻片和探针悬臂的相对位置使得在光学显微镜的视野下载玻片上单个分散的微球颗粒与探针悬臂上的理想位置处的UV胶胶滴接触，理想位置即期望微球颗粒最终固着在探针悬臂上的位置；

(5)再次分离载玻片和探针悬臂，固化UV胶制得微球探针。

本发明的目的之一是解决现有技术中微球探针制备方法操作复杂的问题，本发明的微球探针的制备方法为倒置法，由于使用倒置法制备微球探针可直接观察到胶水和微球颗粒的粘取情况，因而无需像悬臂移动法一样操作AFM完成微球探针的制备，亦不需要像双向移动平台法一样在制备过程中对探针悬臂进行翻转操作，操作更加简单；

本发明的目的之二是解决现有技术中微球探针制备方法制备成功率较低的问题，本发明采用的倒置法可实现在整个制备过程中实时观察微球探针粘结，即探针悬臂的正面(包括悬臂末端的胶水含量、及微球颗粒在悬臂上的所处位置)，而不需要中断制备操作，现有的微球探针制备方法，探针悬臂都处于微球颗粒的上方，显微镜观察到的都是探针悬臂的背面，在制备过程中，悬臂移动法无法观察到探针悬臂的正面，而双向移动平台法则需要对探针悬臂进行一个翻转操作，才能观察到探针悬臂正面，探针悬臂的宽度大于微球颗粒的直径，因此两种方法在粘取微球颗粒时，只能进行盲粘操作，而盲粘极大可能会导致最终微球颗粒位置的不理想，导致微球探针制备成功率的下降；

本发明的目的之三是解决现有技术中微球探针制备方法中探针悬臂尖端胶水含量及微球所处位置不可控的问题，本发明采用的倒置法可通过与载玻片发生接触，从而实现悬臂末端胶水含量及微球所处位置的可控操作，可根据制备不同直径微球探针的需求，在探针悬臂与载玻片发生接触时，移动探针悬臂，从而达到调整探针悬臂末端胶水含量及微球所在位置的目的，现有的微球探针制备方法中，例如移动悬臂法只能观察到探针悬臂的背面，无法对胶水含量及微球所在位置进行控制，而双向移动平台法则需对探针悬臂进行反转才能观察到胶水含量及微球颗粒的位置，由于其粘取胶水时仍是观察到探针悬臂的背面，因此在制备过程中，亦无法对胶水含量及微球位置进行控制；

本发明的目的之四是解决现有技术中微球探针制备方法所用到的平台搭建成本较高的问题，本发明采用倒置法，悬臂上抬并与载玻片上的胶水或者微球颗粒发生接触时，可在光学显微镜下清晰的观察到悬臂表面会出现波状条纹，而当悬臂没有发生接触时并不会出现该现象，由此可以根据悬臂表面是否出现波状条纹来判断悬臂是否发生弯曲，因此基于此现象，倒置法无需增加额外的悬臂弯曲检测装置，即可在整个制备过程中保证悬臂的完整性，而双向移动平台法缺少悬臂弯曲检测装置，制备过程中容易出现悬臂损坏的情况。

作为优选的技术方案：

如上所述的一种微球探针的制备方法，步骤(1)具体如下：

(1.1)依次采用丙酮、异丙醇和去离子水超声清洗载玻片后干燥；

(1.2)在载玻片上先后滴加微球分散液和乙醇后干燥；

(1.3)采用光学显微镜观察微球的分散情况，若在光学显微镜中能够观察到单个微球颗粒，则进行下一步操作；反之，则返回步骤(1.2)；

(1.4)在载玻片的边缘处滴加适量UV胶，使用干净的镊子轻触UV胶，粘取UV胶后将镊子轻触载玻片，从而完成UV胶直径的缩减；

(1.5)重复步骤(1.4)，直到UV胶胶滴直径已经达到肉眼不可见的状态。

如上所述的一种微球探针的制备方法，微球分散液为二氧化硅微球颗粒分散液、镀金微球颗粒分散液、聚苯乙烯微球颗粒分散液、硼硅酸盐微球颗粒分散液，微球分散液的浓度为2.5～5.0％w/v，微球的直径大于1μm且小于30μm，主要受到探针悬臂宽度的影响。

如上所述的一种微球探针的制备方法，步骤(3)具体如下：

(3.1)将探针悬臂安装在光学显微镜的载物台上，调节光学显微镜的焦距，使得探针悬臂位于光学显微镜的视野中央后，调节光学显微镜，使得载物台远离目镜；

(3.2)调节载玻片的水平位置和竖直位置，使得载玻片上的微球和UV胶胶滴在光学显微镜下清晰可见；

(3.3)固定载玻片的竖直位置，调节载玻片的水平位置，找到大小合适的胶滴，将其调节至光学显微镜的视野中央后，固定载玻片的水平位置；

(3.4)将光学显微镜的焦距固定在UV胶胶滴上，调节探针悬臂的竖直位置，直到探针悬臂的形状在光学显微镜下清晰可见；

(3.5)调节探针悬臂的水平位置，使得在光学显微镜的视野下探针悬臂的尖端对准UV胶胶滴的边缘；

(3.6)调节探针悬臂的竖直位置，使得在光学显微镜的视野下探针悬臂的尖端触碰到UV胶胶滴。

如上所述的一种微球探针的制备方法，步骤(4)具体如下：

(4.1)调节探针悬臂的竖直位置，使其下移；

(4.2)调节载玻片的水平位置，直到在光学显微镜的视野下观察到单个分散的微球颗粒，且单个分散的微球颗粒位于光学显微镜的视野中央；

(4.3)调节载玻片的水平位置，使得单个分散的微球颗粒的正投影落于探针悬臂上的理想位置；

(4.4)调节探针悬臂的竖直位置，直到在光学显微镜的视野下载玻片上单个分散的微球颗粒与探针悬臂上的理想位置处的UV胶胶滴接触；

(4.5)判断所述单个分散的微球颗粒是否从载玻片上消失，如果是，则结束；反之，则返回步骤(4.4)。

如上所述的一种微球探针的制备方法，探针悬臂为有针尖的探针或者是无针尖的探针的悬臂，形状为三角形或长方形。

本发明还提供了一种微球探针的制备装置，包括光学显微镜、载玻片I、手动三轴组合台、探针固定装置和UV固化灯；

载玻片I水平放置在光学显微镜的光学镜头下方，与位于光学显微镜侧方的手动三轴组合台连接；

手动三轴组合台用于调节载玻片I的水平位置和竖直位置；

探针固定装置位于载玻片I的下方，安装在光学显微镜的载物台上，用于倾斜固定探针；

UV固化灯用于固化UV胶。

作为优选的技术方案：

如上所述的一种微球探针的制备装置，手动三轴组合台由组合台Z轴旋钮、Z轴位移平台、载玻片固定块、转接块Ⅰ、X轴位移平台、Y轴位移平台、组合台X轴旋钮、转接块Ⅱ和组合台Y轴旋钮组成；

水平的Y轴位移平台、水平的X轴位移平台和竖直的Z轴位移平台自下而上排列，Y轴位移平台与X轴位移平台通过转接块II连接，X轴位移平台与Z轴位移平台通过转接块I连接，水平的载玻片固定块同时与Z轴位移平台和载玻片I连接；

组合台Y轴旋钮与Y轴位移平台连接，用于沿Y轴推动Y轴位移平台运动；组合台X轴旋钮与X轴位移平台连接，用于沿X轴推动X轴位移平台运动；组合台Z轴旋钮与Z轴位移平台连接，用于沿Z轴推动Z轴位移平台运动；X轴、Y轴和Z轴两两相互垂直，X轴和Y轴为水平轴，Z轴为垂直轴。

如上所述的一种微球探针的制备装置，探针固定装置由载玻片II和导电胶带组成，导电胶带为

形，一部分与载玻片II贴合，另一部分与载玻片II呈锐角夹角。本发明的微球探针的制备装置较现有技术的装置，探针悬臂及表面分散有微球颗粒的载玻片I均采用胶带进行固定，无需额外的加工固定装置，减少了微球探针制备平台的搭建成本，通过使用导电胶带对探针悬臂进行了固定，可大大减少由于探针固定时所造成的探针悬臂的损坏，探针从导电胶带上分离时，探针表面胶水含量小，可避免探针表面受到污染，使用双面胶带将载玻片I倒置固定在手动三轴组合台上。

如上所述的一种微球探针的制备装置，还包括CCD相机和计算机，CCD相机安装在光学显微镜的镜筒内，通过数据线与计算机连接，从而可以实现制备过程中的实时录像，本发明的微球探针的制备平台可通过更换光学镜头和增加CCD相机，制备最小1μm的微球探针和实现制备过程中图像保存的需求。

本发明提出倒置法来制备微球探针，基于该方法，搭建了一套新型微球探针制备平台完成微球探针的制备，使用UV胶水完成了探针悬臂与微球颗粒之间的粘结。倒置法较已有的悬臂移动法和双向移动法，能够更加高效、准确、低成本的制备各种尺寸的微球探针，且制备平台结构简单、搭建方便，可在制备过程中实时的观察悬臂粘取胶水的情况及控制微球在悬臂上的所处位置，有效提高了微球探针制备的成功率。

使用倒置法制备微球探针的核心是改变微球颗粒和探针悬臂在Z轴方向上的位置关系，使得微球颗粒处于探针悬臂的上方。通过将微球颗粒分散在透明载玻片上并倒置放置，微球颗粒和载玻片之间存在毛细力的作用，因此不会出现微球颗粒掉落现象。由于微球颗粒的直径小于探针悬臂的宽度，因此可在光学显微镜下同时看到微球颗粒和探针悬臂的相对位置，从而可实现在整个制备过程中实时观察和控制胶水和微球颗粒所在位置的目的，减少制备操作的繁琐性，同时也保证了微球探针制备的成功率。基于倒置法搭建的微球探针制备平台，结构简单，主体部分仅由一个光学显微镜和一个手动三轴组合台组成，可在实验室内自行搭建，搭建成本低。

有益效果：

(1)本发明的制备方法操作步骤更加简单，较现有的方法能更加高效的制备微球探针，操作熟练的话，可在几分钟内即完成微球探针的制备，并且能保证制得的微球探针的质量；

(2)本发明的制备装置搭建方便，适用于实验室及商业上大批量微球探针的制备。

附图说明

图1为微球探针的制备装置的示意图；

图2为图1中局部A的光学显微镜样品台的示意图；

图3为图1中局部B的手动三轴组合台的示意图；

图4为图1中局部C的探针和微球竖直方向上的关系的示意图；

图5为本发明的微球探针制备过程的示意图，其中(a)使用乙醇分散微球；(b)分散好的微球颗粒；(c)放置UV胶水；(d)倒置于显微镜下观察；(e)探针悬臂粘取胶水；(f)粘取微球颗粒；(g)完成微球颗粒的粘取；(h)UV胶的固化；

图6为使用本发明制备好的10μm及5μm二氧化硅微球探针，左图为10μm二氧化硅微球探针，右图为5μm二氧化硅微球探针；

其中，1-气浮台，2-计算机，3-CCD相机，4-光学显微镜，5-载玻片I，6-探针固定装置，7-手动三轴组合台，8-光学镜头，9-探针，10-载物台，11-载物台X轴旋钮，12-载物台Y轴旋钮，13-载物台Z轴旋钮，14-组合台Z轴旋钮，15-Z轴位移平台，16-载玻片固定块，17-转接块Ⅰ，18-X轴位移平台，19-Y轴位移平台，20-组合台X轴旋钮，21-转接块Ⅱ，22-组合台Y轴旋钮，23-导电胶带，24-载玻片Ⅱ。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

一种微球探针的制备方法，步骤如下：

(1)制备带有微球和UV胶胶滴的载玻片，具体如下：

(1.1)依次采用丙酮、异丙醇和去离子水超声清洗载玻片后干燥；

(1.2)在载玻片上先后滴加微球分散液和乙醇后干燥，微球分散液为二氧化硅微球颗粒分散液、镀金微球颗粒分散液、聚苯乙烯微球颗粒分散液、硼硅酸盐微球颗粒分散液，微球分散液的浓度为2.5～5.0％w/v，微球的直径大于1μm且小于30μm；

(1.3)采用光学显微镜观察微球的分散情况，若在光学显微镜中能够观察到单个微球颗粒，则进行下一步操作；反之，则返回步骤(1.2)；

(1.4)在载玻片的边缘处滴加适量UV胶，使用干净的镊子轻触UV胶，粘取UV胶后将镊子轻触载玻片，从而完成UV胶直径的缩减；

(1.5)重复步骤(1.4)，直到UV胶胶滴直径已经达到肉眼不可见的状态；

(2)将带有微球和UV胶胶滴的载玻片和探针悬臂上下布置，控制上方水平的载玻片带有微球和UV胶胶滴的表面向下，下方倾斜的探针悬臂的正面向上；

(3)调节载玻片和探针悬臂的相对位置使得在光学显微镜的视野下探针悬臂的尖端触碰到UV胶胶滴，探针悬臂为有针尖的探针或者是无针尖的探针的悬臂，形状为三角形或长方形，具体如下：

(3.1)将探针悬臂安装在光学显微镜的载物台上，调节光学显微镜的焦距，使得探针悬臂位于光学显微镜的视野中央后，调节光学显微镜，使得载物台远离目镜；

(3.2)调节载玻片的水平位置和竖直位置，使得载玻片上的微球和UV胶胶滴在光学显微镜下清晰可见；

(3.3)固定载玻片的竖直位置，调节载玻片的水平位置，找到大小合适的胶滴，将其调节至光学显微镜的视野中央后，固定载玻片的水平位置；

(3.4)将光学显微镜的焦距固定在UV胶胶滴上，调节探针悬臂的竖直位置，直到探针悬臂的形状在光学显微镜下清晰可见；

(3.5)调节探针悬臂的水平位置，使得在光学显微镜的视野下探针悬臂的尖端对准UV胶胶滴的边缘；

(3.6)调节探针悬臂的竖直位置，使得在光学显微镜的视野下探针悬臂的尖端触碰到UV胶胶滴；

(4)分离载玻片和探针悬臂，再次调节载玻片和探针悬臂的相对位置使得在光学显微镜的视野下载玻片上单个分散的微球颗粒与探针悬臂上的理想位置处的UV胶胶滴接触，理想位置即期望微球颗粒最终固着在探针悬臂上的位置，具体如下：

(4.1)调节探针悬臂的竖直位置，使其下移；

(4.2)调节载玻片的水平位置，直到在光学显微镜的视野下观察到单个分散的微球颗粒，且单个分散的微球颗粒位于光学显微镜的视野中央；

(4.3)调节载玻片的水平位置，使得单个分散的微球颗粒的正投影落于探针悬臂上的理想位置；

(4.4)调节探针悬臂的竖直位置，直到在光学显微镜的视野下载玻片上单个分散的微球颗粒与探针悬臂上的理想位置处的UV胶胶滴接触；

(4.5)判断所述单个分散的微球颗粒是否从载玻片上消失，如果是，则结束；反之，则返回步骤(4.4)；

(5)再次分离载玻片和探针悬臂，固化UV胶制得微球探针。

一种微球探针的制备装置，如图1～4所示，由光学显微镜4、载玻片I 5、手动三轴组合台7、探针固定装置6、UV固化灯、CCD相机3和计算机2组成，光学显微镜4、手动三轴组合台7和计算机2都固定在气浮台2上；

载玻片I 5水平放置在光学显微镜4的光学镜头8下方，与位于光学显微镜4侧方的手动三轴组合台7连接；

手动三轴组合台7用于调节载玻片I 5的水平位置和竖直位置；手动三轴组合台7由组合台Z轴旋钮14、Z轴位移平台15、载玻片固定块16、转接块Ⅰ17、X轴位移平台18、Y轴位移平台19、组合台X轴旋钮20、转接块Ⅱ21和组合台Y轴旋钮22组成；水平的Y轴位移平台19、水平的X轴位移平台18和竖直的Z轴位移平台15自下而上排列，Y轴位移平台19与X轴位移平台18通过转接块II 21连接，X轴位移平台18与Z轴位移平台15通过转接块I 17连接，水平的载玻片固定块16同时与Z轴位移平台15和载玻片I 5连接；组合台Y轴旋钮22与Y轴位移平台19连接，用于沿Y轴推动Y轴位移平台19运动；组合台X轴旋钮20与X轴位移平台18连接，用于沿X轴推动X轴位移平台18运动；组合台Z轴旋钮14与Z轴位移平台15连接，用于沿Z轴推动Z轴位移平台15运动；X轴、Y轴和Z轴两两相互垂直，X轴和Y轴为水平轴，Z轴为垂直轴；

探针固定装置6位于载玻片I 5的下方，安装在光学显微镜4的载物台10上，用于倾斜固定探针9；探针固定装置6由载玻片II 24和导电胶带23组成，导电胶带23为

形，一部分与载玻片II 24贴合，另一部分与载玻片II 24呈锐角夹角；载物台10与载物台X轴旋钮11、载物台Y轴旋钮12和载物台Z轴旋钮13连接，可沿两两相互垂直的X轴、Y轴和Z轴运动；

UV固化灯用于固化UV胶；

CCD相机3安装在光学显微镜4的镜筒内，通过数据线与计算机2连接。

现结合装置对本发明的微球探针的制备方法进行具体说明。

一种微球探针的制备方法，步骤如下：

(1)将载玻片放入干净的烧杯内，取适量丙酮、异丙醇、去离子水按照先后顺序各超声清洗10min，超声清洗结束后，用氮气吹干，然后放入干净的培养皿中备用，待使用时取出；

(2)如图5(a)所示，在超净工作台内，使用移液枪取出适量5μm二氧化硅微球分散液，滴加在第(1)步清洗好的载玻片I 5上，更换移液枪头，吸取适量的乙醇溶液，滴加到微球液体中，使得微球颗粒尽可能分散，静置，等待其自然干燥；

(3)将制备好的5μm二氧化硅微球颗粒样品放在高倍光学显微镜4下观察微球颗粒的分散情况，如图5(b)所示若分散情况良好，则进行下一步操作；反之，则重复第(2)步操作；

(4)如图5(c)所示，在载玻片I 5的边缘处滴加适量NOA63紫外光固化胶，使用干净的镊子轻触胶水，粘取少量胶水，然后将镊子轻触载玻片，从而完成胶水直径的缩减，重复该步骤，直至胶滴直径已经达到肉眼不可见的状态；

(5)取一根探针9，将其固定在探针座6上，探针悬臂正面朝上，然后将探针固定座固定在光学显微镜的载物台10上，通过光学镜头8，调整焦距，找到探针悬臂、使探针悬臂位于视野正中间，并观察探针悬臂是否完整，然后调节光学显微镜自带的Z轴方向的旋钮13，使得载物台远离目镜；

(6)如图5(d)所示，将第(4)步制备好的带有5μm二氧化硅微球和胶滴的载玻片翻转，使带有微球和胶滴的一面朝下，并将其固定在自行搭建的手动三轴组合台7上；

(7)调整手动三轴组合台XYZ方向旋钮(14、20、22)，使得载玻片上的微球颗粒和胶滴在光学显微镜下清晰可见，此时，保持手动三轴载物台Z轴14方向不动，调整XY方向的位置，找到大小合适的胶滴，将其同样调整至视野中央，保持XY轴方向不动；

(8)如图5(e)所示，将显微镜焦距固定在胶滴上，调整显微镜载物台Z轴旋钮13，使得探针悬臂上升，直至悬臂形状在光学显微镜下模糊可见，此时，调整显微镜载物台XY轴旋钮(11、12)，使得探针悬臂尖端对准胶滴边缘，再次调节Z轴旋钮，使探针悬臂末端触碰到胶滴，完成NOA63紫外光固化胶的粘取；

(9)如图5(f)所示，在完成UV胶的粘取后，需调节显微镜载物台Z轴旋钮，下降探针，防止在载玻片移动过程中损坏悬臂，调节手动三轴组合台XY轴旋钮，在高倍光学显微镜下，找个单个分散的5μm二氧化硅微球颗粒并将其调整至视野中心；

(10)如图5(g)所示，调节载物台Z轴旋钮13，上抬悬臂，同时调整载物台XY轴旋钮(11、12)，使得微球颗粒刚好处于悬臂正中间，缓慢调节载物台Z轴旋钮，观察上升过程中悬臂的变化，完成微球的粘取，若发现微球没有从载玻片上消失，则说明微球粘取失败，需重复第(10)步，直至微球粘取成功；

(11)如图5(h)所示，将粘好微球的探针从探针座卸下，换至焦距更长的显微镜下，从探针侧面和正面观察微球在悬臂上所在位置；

(12)使用紫外UV固化灯对探针悬臂上的UV胶进行固化，固化时间设为10min，为防止固化时间不够导致微球的掉落，可适当延长固化时间，最终完成5μm二氧化硅微球颗粒的制备，如图6所示。

本发明制备微球探针所用材料为无针尖的AFM探针悬臂，其材质为Si，采购于NANOSENSOR公司生产的型号为TL-FM-50探针。微球颗粒采用MACKLIN公司生产的直径分别为2μm、5μm、10μm的二氧化硅微球颗粒。通过酒精等易挥发性液体对其进行稀释，使用Eppenfof公司生产的10ul移液枪对其进行转移。

高倍光学显微镜采用了同轴光路系统，无外加光源。该显微镜为上海点应光学仪器有限公司生产的型号为GP-600型光学显微镜，最大放大倍数为500倍。CCD相机为广州明美光电技术有限公司生产的MDX-T型相机。为减少在整个制备过程中，由于振动导致的悬臂的损坏，因此采用上海和顶光学机械设备有限公司生产的气浮台对其进行减震处理。

UV胶采用了Norland公司的NOA63紫外光固化胶，不需要进行其余操作，可直接使用。在使用过程中应避免紫外光照射，防止其固化。在完成使用后，可使用UV灯对其进行固化。

手动三轴组合台和光学显微镜样品台实现了微球颗粒和悬臂之间的独立三轴运动，极大程度提高了操作的灵活性和简便性。手动三轴组合台的最小精度为2μm，可保证制备过程中探针悬臂不受损坏。

自制的探针固定装置，使用导电胶带对其进行固定，避免了在探针固定过程中所导致的探针悬臂的损毁。该固定方法简单方便。

本发明为双向悬臂移动法的改进和提高办法，即根据本人提出的倒置法，采用实验室内自行搭建探针制备平台，通过UV胶完成了多种尺寸微球探针的制备。采用CCD-计算机-显微镜系统可实时观察制备情况。本发明基于倒置法完成了微球探针的制备，较已有的方法，解决了胶水含量问题及微球颗粒所处位置问题。为微球探针的大规模制备和利用提供了新的途径。

Claims (10)

1.一种微球探针的制备方法，其特征是，包括以下步骤：

(1)制备带有微球和UV胶胶滴的载玻片；

(2)将带有微球和UV胶胶滴的载玻片和探针悬臂上下布置，控制上方水平的载玻片带有微球和UV胶胶滴的表面向下，下方倾斜的探针悬臂的正面向上；

(3)调节载玻片和探针悬臂的相对位置使得在光学显微镜的视野下探针悬臂的尖端触碰到UV胶胶滴；

(4)分离载玻片和探针悬臂，再次调节载玻片和探针悬臂的相对位置使得在光学显微镜的视野下载玻片上单个分散的微球颗粒与探针悬臂上的理想位置处的UV胶胶滴接触，理想位置即期望微球颗粒最终固着在探针悬臂上的位置；

(5)再次分离载玻片和探针悬臂，固化UV胶制得微球探针。

2.根据权利要求1所述的一种微球探针的制备方法，其特征在于，步骤(1)具体如下：

(1.1)依次采用丙酮、异丙醇和去离子水超声清洗载玻片后干燥；

(1.2)在载玻片上先后滴加微球分散液和乙醇后干燥；

(1.3)采用光学显微镜观察微球的分散情况，若在光学显微镜中能够观察到单个微球颗粒，则进行下一步操作；反之，则返回步骤(1.2)；

(1.4)在载玻片的边缘处滴加适量UV胶，使用干净的镊子轻触UV胶，粘取UV胶后将镊子轻触载玻片，从而完成UV胶直径的缩减；

(1.5)重复步骤(1.4)，直到UV胶胶滴直径已经达到肉眼不可见的状态。

3.根据权利要求2所述的一种微球探针的制备方法，其特征在于，微球分散液为二氧化硅微球颗粒分散液、镀金微球颗粒分散液、聚苯乙烯微球颗粒分散液、硼硅酸盐微球颗粒分散液，微球分散液的浓度为2.5～5.0％w/v，微球的直径大于1μm且小于30μm。

4.根据权利要求1所述的一种微球探针的制备方法，其特征在于，步骤(3)具体如下：

(3.1)将探针悬臂安装在光学显微镜的载物台上，调节光学显微镜的焦距，使得探针悬臂位于光学显微镜的视野中央后，调节光学显微镜，使得载物台远离目镜；

(3.2)调节载玻片的水平位置和竖直位置，使得载玻片上的微球和UV胶胶滴在光学显微镜下清晰可见；

(3.3)固定载玻片的竖直位置，调节载玻片的水平位置，找到大小合适的胶滴，将其调节至光学显微镜的视野中央后，固定载玻片的水平位置；

(3.4)将光学显微镜的焦距固定在UV胶胶滴上，调节探针悬臂的竖直位置，直到探针悬臂的形状在光学显微镜下清晰可见；

(3.5)调节探针悬臂的水平位置，使得在光学显微镜的视野下探针悬臂的尖端对准UV胶胶滴的边缘；

(3.6)调节探针悬臂的竖直位置，使得在光学显微镜的视野下探针悬臂的尖端触碰到UV胶胶滴。

5.根据权利要求1所述的一种微球探针的制备方法，其特征在于，步骤(4)具体如下：

(4.1)调节探针悬臂的竖直位置，使其下移；

(4.2)调节载玻片的水平位置，直到在光学显微镜的视野下观察到单个分散的微球颗粒，且单个分散的微球颗粒位于光学显微镜的视野中央；

(4.3)调节载玻片的水平位置，使得单个分散的微球颗粒的正投影落于探针悬臂上的理想位置；

(4.4)调节探针悬臂的竖直位置，直到在光学显微镜的视野下载玻片上单个分散的微球颗粒与探针悬臂上的理想位置处的UV胶胶滴接触；

(4.5)判断所述单个分散的微球颗粒是否从载玻片上消失，如果是，则结束；反之，则返回步骤(4.4)。

6.根据权利要求1所述的一种微球探针的制备方法，其特征在于，探针悬臂为有针尖的探针或者是无针尖的探针的悬臂，形状为三角形或长方形。

7.根据权利要求1所述的一种微球探针的制备方法，其特征在于，所使用的制备装置为一种微球探针的制备装置，包括光学显微镜、载玻片I、手动三轴组合台、探针固定装置和UV固化灯；

载玻片I水平放置在光学显微镜的光学镜头下方，与位于光学显微镜侧方的手动三轴组合台连接；

手动三轴组合台用于调节载玻片I的水平位置和竖直位置；

探针固定装置位于载玻片I的下方，安装在光学显微镜的载物台上，用于倾斜固定探针；UV固化灯用于固化UV胶。

8.根据权利要求7所述的一种微球探针的制备方法，其特征在于，手动三轴组合台由组合台Z轴旋钮、Z轴位移平台、载玻片固定块、转接块Ⅰ、X轴位移平台、Y轴位移平台、组合台X轴旋钮、转接块Ⅱ和组合台Y轴旋钮组成；

水平的Y轴位移平台、水平的X轴位移平台和竖直的Z轴位移平台自下而上排列，Y轴位移平台与X轴位移平台通过转接块II连接，X轴位移平台与Z轴位移平台通过转接块I连接，水平的载玻片固定块同时与Z轴位移平台和载玻片I连接；

组合台Y轴旋钮与Y轴位移平台连接，用于沿Y轴推动Y轴位移平台运动；组合台X轴旋钮与X轴位移平台连接，用于沿X轴推动X轴位移平台运动；组合台Z轴旋钮与Z轴位移平台连接，用于沿Z轴推动Z轴位移平台运动；X轴、Y轴和Z轴两两相互垂直，X轴和Y轴为水平轴，Z轴为垂直轴。

9.根据权利要求7所述的一种微球探针的制备方法，其特征在于，探针固定装置由载玻片II和导电胶带组成，导电胶带为

形，一部分与载玻片II贴合，另一部分与载玻片II呈锐角夹角。

10.根据权利要求7所述的一种微球探针的制备方法，其特征在于，还包括CCD相机和计算机，CCD相机安装在光学显微镜的镜筒内，通过数据线与计算机连接。

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