CN112083197A - 一种原子力显微镜胶体探针的表面修饰方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种原子力显微镜胶体探针表面修饰方法，属于原子力显微镜探针修饰技术领域。本发明提供了一种高成功率的胶体探针合成与表面修饰的方法，可以更准确测量胶体与矿物之间的相互作用力。步骤如下：将胶体微球浸没于FeOOH的溶液中一段时间，取出烘干后置于官能团修饰液中一定时间后冷干。使用30G注射器针头蘸取最少量的环氧树脂混合液并转移至探针悬臂前端，使用新的针头吸取修饰好的胶体微球并转移至悬臂上，环氧树脂固化后即可得到官能团修饰的胶体探针。本发明能够大幅提高胶体探针的良品率，降低官能团修饰探针的表面粗糙度，大幅降低实验误差。
Description
技术领域
本发明原子力显微镜探针修饰技术领域，特别涉及一种原子力显微镜胶体探针的表面修饰方法。
背景技术
原子力显微镜是一种可以在空气、真空、液态等不同的环境条件下测定样品形貌的工具。此外，通过探针修饰，可以定性定量测量各种表面力，大力推动了分子间力的测量技术，为官能团间之间的相互作用力的测量提供了一种有效的方法。这不仅可以观测到单个分子键断裂所需要的能量，还可以观测宏观胶体颗粒之间的相互作用力。但是，因为普通的针尖型探针探测某些很小的相互作用时往往不够准确，产生一定的误差。因此通过增大探针表面的接触面积可以极大提高总的相互作用力的大小，因此这将更加准确测量弱的相互作用力领域。因此原子力胶体探针修饰被广泛应用在医学，生物学，环境学等学科中。
胶体探针的合成过程中需要将很小的胶体微球粘合在探针的悬臂上，但是过多量的环氧树脂会因为通过表面张力平衡包覆在微球表面，从而污染微球。
胶体探针修饰通常用于检测某些相对光滑的表面与另一个相对光滑的表面的相对作用力，以减小测量误差。但是往往由于加入的胶黏剂如FeOOH吸附在胶体表面后不能够很好的均匀分布，因此即使通过静电作用及符合langmuir吸附模型吸附的单层官能团配体的胶体微球往往也有了很大的粗糙度。尤其是对单分子吸附的胶体微球而言，极大粗糙度会影响相互作用力的测量的准确度和可信度。
因此，采用一定廉价可行方法控制在悬臂上的胶量以及控制官能团修饰载体稳定性及其表面粗糙度是当前领域亟待解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种原子力显微镜胶体探针的表面修饰方法，通过在胶体微球表面生长一层纳米赤铁矿薄膜来吸附稳定官能团以获得表面光滑的胶体探针。并且按照本发明的合成胶体微球探针方法，可以控制环氧树脂添加量大幅提高良品率。该方法简单易行，成功率高，表面粗糙度低。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
本发明一种原子力显微镜胶体探针的表面修饰方法，包括如下步骤：
第一步，制备赤铁矿薄膜包裹的胶体微球
室温下，缓慢向0.01M FeCl3溶液中加入最少量的1M NaOH溶液到pH7。将5×107/ml直径为2-10μm的微球加入到0.5-2mL的FeOOH溶液中，超声10-30min。将盛有样品溶液的离心管放入离心机中以离心速度为5000转/分钟离心5分钟。使用超纯水反复冲洗3次后将负载了羟基氧化铁的胶体微球放置于温度为100摄氏度烘箱中，烘干12小时。胶体微球可以为玻璃，二氧化硅，聚对苯二甲酸乙二醇酯微球等，但不限于球形形状，胶体微球表面务必光滑。
第二步，官能团修饰胶体微球
将包裹赤铁矿纳米薄膜的胶体微球置于目标官能团修饰溶液中，缓慢震荡24-48小时。将盛有样品溶液的离心管放入离心机中以离心速度为5000转/分钟离心5分钟并使用超纯水反复冲洗3次。最后将样品置于预消毒的细胞培养皿中并一同放于冷干机中冷干即获得官能团修饰的胶体微球。所述的官能团溶液可以为任何阴离子溶液，没食子酸，单宁酸，胡敏酸等。
第三步，合成胶体探针
在温度为30摄氏度的超净间内，将30G的医用注射针头插于注射器上，并将其固定于显微操作仪上，其中显微操作仪由精密微调滑台沿x,y,z轴组装而成。将正置显微镜的载玻片上中间覆盖一层经过色谱纯乙醇超声清洗5分钟的15mm×10mm×1mm的硅胶薄膜以固定无针尖的探针。载玻片左侧使用双面胶固定一片通过无水乙醇超声30分钟的盖玻片，并将慢干型的环氧树脂按照1:1混匀(当环境温度低于所述温度时，环氧树脂粘性增大，难以控制蘸取的环氧树脂的量。若环境温度过低，务必使用加热设备如红外烤灯等)。将针头缓慢蘸取少量的环氧树脂混合液后，将其转移至无针尖探针上，均匀抹平。将另一枚干净的盖玻片使用双面胶固定在载玻片最右侧并将修饰好的胶体微球置于载玻片上，通过显微镜选取单个胶体微球并将新的30G针头缓慢靠近微球的侧面以避免破坏微球正上方的表面。缓慢移动显微操作台将胶体微球由正上方垂直放于环氧树脂上。静置三分钟后转移至洁净的自吸盒内并置于真空干燥器内24小时使其充分固化以达到最大的胶黏强度并避免外界环境对探针的污染。
采用原子力显微镜测试矿物与修饰了官能团的胶体微球的相互作用力，步骤如下：
1)制备矿物薄膜：使用激光脉冲沉积技术在SiO2表面沉积一层2nm厚的矿物薄膜或者采用抛光技术沿某个晶面切下并控制表面高度差小于5埃米。然后将其固定在原子力显微镜样品台上。
2)原子力显微镜实验：
液下测量：将修饰好的探针固定在探针夹上，向液池内加入超纯水或者离子溶液，在接触模式或者液下峰值力轻巧模式下与被测物品之间测量相互作用力。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、通过本发明的一种原子力显微镜的探针修饰方法，能够通过控制环氧树脂的涂抹量以及相应的操作步骤来避免探针悬臂上因过多的环氧树脂的添加量而改变原有的悬臂性能和悬臂背面的激光反射率，从而间接增加了原子力显微镜纳米力学测量的灵敏度。
2、通过本发明的操作步骤，可以批量的生产胶体微球探针。操作简便易行，操作条件简单，良品率高。微球的直径可以为1-20微米，但是并不仅仅局限于微球，可以是细胞，矿物等其他物质。胶体探针类型广泛，普适性高。提高了胶体探针的良品率与批量生产效率。
3、通过在胶体微球表面负载一层赤铁矿纳米薄膜，可以降低修饰过官能团的胶体微球的表面粗糙度，从而增加数据的准确性以及可信度，这对于测量硬质表面的材料具有重要意义。由于赤铁矿薄膜可以与胶体微球的晶格结合，因此通过修饰得到的探针具有足够结构稳定性以及对于较大粘附力的力学测量能力。
4、因为官能团的修饰液为水相，因此可以选用的官能团配体种类极多。这可以为没食子酸，单宁酸，胡敏酸，富里酸等有机酸，还可以为常规的官能团修饰配体溶液如3-氨丙基三乙氧基硅烷，氨基苯基三甲氧基硅烷，11-氨基-1-十一烷硫醇盐酸盐，11-巯基十一烷基磷酸，12-巯基十二烷酸和1,11-十一烷硫醇等。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为无针尖探针，环氧树脂与官能团修饰的胶体微球的位置关系示意图；
图2为修饰了官能团的胶体微球探针表面形貌图(SEM)；
图3为修饰了单宁酸的胶体微球探针与二氧化硅的力-距离曲线；
图中：1、30G注射器针头；2、环氧树脂液滴；3、无针尖探针；4、修饰官能团的胶体微球。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
此外，如果已知技术的详细描述对于示出本发明的特征是不必要的，则将其省略。
实施实例1：
一种原子力显微镜胶体探针的表面修饰方法，包括如下步骤：
1)制备赤铁矿薄膜包裹的胶体微球：室温下，缓慢向0.01M FeCl3溶液中加入最少量的1M NaOH溶液到pH7。将5×107/ml 5μm的二氧化硅微球加入到1mL的FeOOH溶液中，超声10min。将盛有样品溶液的离心管放入离心机中以离心速度为5000转/分钟离心5分钟。使用超纯水反复冲洗3次后将负载了羟基氧化铁的胶体微球放置于温度为100摄氏度烘箱中，烘干12小时。
2)将包裹赤铁矿纳米薄膜的胶体微球置于单宁酸修饰溶液中，缓慢震荡24小时。将盛有样品溶液的离心管放入离心机中以离心速度为5000转/分钟离心5分钟并使用超纯水反复冲洗3次。最后将样品置于预消毒的细胞培养皿中并一同放于冷干机中冷干12小时即获得官能团修饰的胶体微球。
3)在温度为30摄氏度的超净间内，将30G的医用注射针头插于注射器上，并将其固定于显微操作仪上，其中显微操作仪由精密微调滑台沿x,y,z轴组装而成。将正置显微镜的载玻片上中间覆盖一层经过色谱纯乙醇超声清洗5分钟的15mm×10mm×1mm的硅胶薄膜以固定无针尖的探针。如图1所示，载玻片左侧使用双面胶固定一片通过无水乙醇超声30分钟的盖玻片，并将慢干型的环氧树脂按照1:1混匀(当环境温度低于所述温度时，环氧树脂粘性增大，难以控制蘸取的环氧树脂的量。若环境温度过低，务必使用加热设备如红外烤灯等)。将针头缓慢蘸取少量的环氧树脂混合液后，将其转移至无针尖探针上，均匀抹平。将另一枚干净的盖玻片使用双面胶固定在载玻片最右侧并将修饰好的胶体微球置于载玻片上，通过显微镜选取单个胶体微球并将新的30G针头缓慢靠近微球的侧面以避免破坏微球正上方的表面。缓慢移动显微操作台将胶体微球由正上方垂直放于环氧树脂上。静置三分钟后转移至洁净的自吸盒内并置于真空干燥器内24小时使其充分固化以达到最大的胶黏强度并避免外界环境对探针的污染。
如图2所示，对已修饰的探针进行形貌观察：使用高倍镜的显微镜观察是否粘合成功并使用环境扫描电子显微镜对修饰好的探针确定探针的等效半径以及对表面形貌的观测。必要时使用SEM-EDX mapping或者电子探针对二氧化硅表面的官能团负载情况检测。
基于已修饰官能团的胶体二氧化硅微球的原子力显微镜探针进行的矿物-生物分子单宁酸的相互作用力实验，其步骤如下：
1)清洗矿物表面：将二氧化硅基底浸泡于浓硫酸与氧化剂中一天以去除有机物，之后依次使用丙酮，乙醇，异丙醇超声15min，最后使用超纯水冲洗三遍，清洗好的二氧化硅基底存储于超纯水中。
2)使用原子力显微镜进行力学测量：将已修饰的探针安装在原子力显微镜的探针夹上，二氧化硅基底氮吹干燥后固定在样品台上，缓慢注入超纯水，选择接触模式进行试验，扫描范围为20×20(μm),选取49个点进行力-位移曲线测试，记录实验数据，如图3所示，处理数据后即可得到力-距离曲线。更换另一个新的探针重复试验，以减小测量误差。
3)检测探针的磨损度：实验完毕后，使用环境扫描电镜或者透射电镜检查探针表面有机层的完整度，避免因过度摩擦导致的有机层磨损脱落而造成的数据错误。
实施实例2：
一种原子力显微镜的胶体微球探针修饰方法，包括如下步骤：
1)制备赤铁矿薄膜包裹的胶体微球：室温下，缓慢向0.01M FeCl3溶液中加入最少量的1M NaOH溶液到pH7。将5×107/ml 2μm聚对苯二甲酸乙二醇酯微球加入到0.5mL的FeOOH溶液中，超声20min。将盛有样品溶液的离心管放入离心机中以离心速度为5000转/分钟离心10分钟。使用超纯水反复冲洗3次后将负载了羟基氧化铁的胶体微球放置于温度为100摄氏度烘箱中，烘干12小时。
2)将包裹赤铁矿纳米薄膜的胶体微球置于胡敏酸修饰溶液中，缓慢震荡48小时。将盛有样品溶液的离心管放入离心机中以离心速度为7000转/分钟离心10分钟并使用超纯水反复冲洗3次。最后将样品置于预消毒的细胞培养皿中并一同放于冷干机中冷干24小时即获得官能团修饰的胶体微球。
对已修饰的探针进行形貌观察：使用高倍镜的显微镜观察是否粘合成功并使用环境扫描电子显微镜对修饰好的探针确定探针的等效半径以及对表面形貌的观测。必要时使用SEM-EDX mapping或者电子探针对聚对苯二甲酸乙二醇酯微球表面的官能团负载情况检测。
基于已修饰官能团的胶体聚对苯二甲酸乙二醇酯微球的原子力显微镜探针进行的石墨烯-天然有机质胡敏酸的相互作用力实验，其步骤如下：
1)制备石墨烯薄膜：
使用3M双面胶将高定向热解石墨通过撕离的方法获得多层石墨烯，并将其粘贴到铁片上。
2)使用原子力显微镜探针ScanAsyst-Air在峰值力成像模式下扫描石墨烯样品，以保证样品表面的平整。
3)使用原子力显微镜进行力学测量：将已修饰的探针安装在原子力显微镜的探针夹上，将石墨烯样品片固定在样品台上，缓慢注入超纯水，选择接触模式进行试验，扫描范围为10×10(μm),选取25个点进行力-位移曲线测试，记录实验数据，处理数据后即可得到力-距离曲线。更换另一个新的探针重复试验，以减小测量误差。
4)检测探针的磨损度：实验完毕后，使用环境扫描电镜或者透射电镜检查探针表面有机层的完整度，避免因过度摩擦导致的有机层磨损脱落而造成的数据错误。
实施实例3：
一种原子力显微镜的胶体微球探针修饰方法，包括如下步骤：
1)制备赤铁矿薄膜包裹的胶体微球：室温下，缓慢向0.01M FeCl3溶液中加入最少量的1M NaOH溶液到pH7。将5×107/ml的直径为10μm的玻璃微球加入到2mL的FeOOH溶液中，超声30min。将盛有样品溶液的离心管放入离心机中以离心速度为5000转/分钟离心5分钟。使用超纯水反复冲洗3次后将负载了羟基氧化铁的胶体微球放置于温度为100摄氏度烘箱中，烘干12小时。
2)将包裹赤铁矿纳米薄膜的胶体微球置于富里酸修饰溶液中，缓慢震荡24小时。将盛有样品溶液的离心管放入离心机中以离心速度为5000转/分钟离心5分钟并使用超纯水反复冲洗3次。最后将样品置于预消毒的细胞培养皿中并一同放于冷干机中冷干36小时即获得官能团修饰的胶体微球。
对已修饰的探针进行形貌观察：使用高倍镜的显微镜观察是否粘合成功并使用环境扫描电子显微镜或透射电子显微镜对修饰好的探针确定探针的等效半径以及对表面形貌的观测。
基于已修饰富里酸的胶体玻璃微球的原子力显微镜探针进行的矿物-天然有机质富里酸的相互作用力实验，其步骤如下：
1)制备矿物薄膜：
矿物薄膜生长的基底为购自于合肥科晶沿<100>晶面切开的粗糙度rms约为
二氧化硅单抛光基底。以三氧化二铝为靶材，在室温下使用脉冲激光沉积技术在二氧化硅基底上生长金属氧化物薄膜，脉冲准分子激光波长为248nm，氧气气压为1.33Pa,脉冲能量为4000mJ，脉冲数量为4000。
2)使用原子力显微镜探针ScanAsyst-Air在峰值力成像模式下扫描氧化铝样品，以保证样品表面的平整。
3)使用原子力显微镜进行力学测量：将已修饰的探针安装在原子力显微镜的探针夹上，将生长有氧化铝薄膜的二氧化硅样品片固定在样品台上，缓慢注入超纯水，选择接触模式进行试验，扫描范围为30×30(μm),选取100个点进行力-位移曲线测试，记录实验数据，处理数据后即可得到力-距离曲线。再向体系内缓慢依次注入10mM，50mM，100mM，1000mM的NaCl溶液，平衡10分钟后选择接触模式进行试验，扫描范围为30×30(μm),选取100个点进行力-位移曲线测试，记录实验数据，处理数据后即可在不同离子强度条件下的氧化铝与胡敏酸的力-距离曲线以及相互作用能的大小。
4)检测探针的磨损度：实验完毕后，使用环境扫描电镜或者透射电镜检查探针表面有机层的完整度，避免因过度摩擦导致的有机层磨损脱落而造成的数据错误。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种原子力显微镜胶体探针的表面修饰方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，配置FeOOH溶液，将FeOOH负载在胶体微球上，对负载了FeOOH的胶体微球进行纯化，将纯化后的胶体微球进行烘干，将官能团修饰液负载在烘干后的胶体微球上，再次进行纯化，将纯化后的胶体微球进行冷干；
第二步，通过显微操作仪控制注射器针头蘸取少量的环氧树脂混合液并在无针尖探针悬臂前端进行缓慢的均匀涂抹，使用另一个注射器针头吸取修饰好的胶体微球后放置于沾有环氧树脂的悬臂上，待其固化即可得到官能团修饰的探针。
2.根据权利要求1所述的一种原子力显微镜胶体探针的表面修饰方法，其特征在于，所述FeOOH溶液配置方法为缓慢向0.01M FeCl3溶液中加入最少量的1M NaOH溶液到pH7。
3.根据权利要求1所述的一种原子力显微镜胶体探针的表面修饰方法，其特征在于，所述胶体微球负载FeOOH的方法为将5×107/ml直径为2-10μm的微球加入到0.5-2mL的FeOOH溶液中，超声10-30min，所述胶体微球负载官能团修饰液的方法为将负载了FeOOH的胶体微球置于官能团修饰溶液中，缓慢震荡24-48小时。
4.根据权利要求1所述的一种原子力显微镜胶体探针的表面修饰方法，其特征在于，所述胶体微球表面负载样品溶液后纯化方法为将样品溶液的离心管放入以离心速度为5000-7000转/分钟的离心机中离心5-10分钟，并使用超纯水反复冲洗3次。
5.根据权利要求1所述的一种原子力显微镜胶体探针的表面修饰方法，其特征在于，所述烘干采用100摄氏度的烘干箱烘干12个小时，所述冷干采用冷干机冷干12-36个小时。
6.根据权利要求1所述的一种原子力显微镜胶体探针的表面修饰方法，其特征在于，所述官能团修饰液为阴离子溶液，所述阴离子溶液包括富里酸、单宁酸、胡敏酸溶液，所述胶体微球包括为玻璃、二氧化硅、聚对苯二甲酸乙二醇酯微球，所述胶体微球表面光滑，且不限于球形形状。
7.根据权利要求1所述的一种原子力显微镜胶体探针的表面修饰方法，其特征在于，所述转移环氧树脂与微球的工具为30G医用注射器针头，所述注射器针头固定在显微操作仪上，所述显微操作仪为x，y，z轴三向微米步进器组装。
8.根据权利要求1所述的一种原子力显微镜胶体探针的表面修饰方法，其特征在于，所述环氧树脂采用慢干型环氧树脂，使用温度为30摄氏度，所述环氧树脂固定在通过无水乙醇超声30分钟的盖玻片上，且按照1:1混匀。
9.根据权利要求1所述的一种原子力显微镜胶体探针的表面修饰方法，其特征在于，所述固化的步骤为将修饰好的探针静置三分钟后转移至洁净的自吸盒内并置于真空干燥器中24小时进行充分固化。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112946321A (zh) * | 2021-01-30 | 2021-06-11 | 南京理工大学 | 一种定量化离子液体与固体界面间单分子作用力的方法 |
| CN114280333A (zh) * | 2021-03-25 | 2022-04-05 | 华侨大学 | 一种超细磨料与半导体晶圆的粘附力的测试方法 |
| CN114578098A (zh) * | 2022-01-21 | 2022-06-03 | 西安理工大学 | 原子力显微镜中胶体探针的制备方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110658361A (zh) * | 2019-09-27 | 2020-01-07 | 北京航空航天大学 | 基于原子力显微镜(afm)扫描探针的力学响应测量工具 |
-
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Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110658361A (zh) * | 2019-09-27 | 2020-01-07 | 北京航空航天大学 | 基于原子力显微镜(afm)扫描探针的力学响应测量工具 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| CYRIL AUBRY ET AL.: "《Coating of AFM probes with aquatic humic and non-humic NOM to study their adhesion properties》", 《WATER RESEARCH》 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112946321A (zh) * | 2021-01-30 | 2021-06-11 | 南京理工大学 | 一种定量化离子液体与固体界面间单分子作用力的方法 |
| CN114280333A (zh) * | 2021-03-25 | 2022-04-05 | 华侨大学 | 一种超细磨料与半导体晶圆的粘附力的测试方法 |
| CN114578098A (zh) * | 2022-01-21 | 2022-06-03 | 西安理工大学 | 原子力显微镜中胶体探针的制备方法 |
| CN114578098B (zh) * | 2022-01-21 | 2023-09-22 | 西安理工大学 | 原子力显微镜中胶体探针的制备方法 |
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