原子力顯微鏡(AFM)作為現(xiàn)代微觀領(lǐng)域研究的重要工具，在表面分析中具有廣泛的應(yīng)用，它具有非常高的分辨率，是近年來表面成像技術(shù)中Z重要的進(jìn)展之一。

原子力顯微鏡探針

　　探針(包括微懸臂和針尖)是原子力顯微鏡的核心部件，直接決定原子力顯微鏡的分辯率。在針尖與樣品的接觸模式中，為了不使針尖損壞樣品，就要求微懸臂具有相對(duì)低的力常數(shù)，即受到很小的力就能產(chǎn)生可檢測(cè)到的位移。對(duì)微懸臂還有橫向剛性的要求，目的是要減小橫向力的影響。因?yàn)樵谖冶凵厢樇馀c樣品的摩擦力會(huì)引起微懸臂的橫向彎曲，從而導(dǎo)致得到的圖像失真。將微懸臂制成V字形會(huì)提高橫向剛性。

　　為了能夠準(zhǔn)確地反映出樣品表面與針尖之間微弱的相互作用力的變化，得到更真實(shí)的樣品表面形貌，提高原子力顯微鏡的靈敏度，微懸臂的設(shè)計(jì)通常要求滿足下述條件：①較低的力學(xué)彈性系數(shù)，使很小的力就能產(chǎn)生可觀測(cè)的位移;②較高的力學(xué)共振頻率;③高的橫向剛性，針尖與樣品表面的摩擦不會(huì)使它發(fā)生彎曲：④微懸臂長(zhǎng)度盡可能短;⑤微懸臂帶有能夠通過光學(xué)、電容或隧道電流方法檢測(cè)其動(dòng)態(tài)位移的反射面或電極;⑥針尖盡可能尖銳。

　　目前，原子力顯微鏡探針的微懸臂一般用氮化硅(Si3N4)、硅或氧化硅等到材料制成，是微懸臂一針尖一體化的結(jié)構(gòu)，形狀有長(zhǎng)方形和V形。針尖為金字塔形或針形。其典型尺寸為長(zhǎng)100～200um，寬為幾十微米，厚度小于1um，固定于微懸臂Z頂端的探針一般為針尖要求盡量尖銳。

　　理想的原子力顯微鏡針尖應(yīng)具有以下特性：較高的縱橫比，盡可能小的曲率半徑，且針尖具有確定的分子結(jié)構(gòu)，較強(qiáng)的機(jī)械性能和化學(xué)性能，在空氣和液體中成像時(shí)不發(fā)生變化。針尖的表現(xiàn)依賴于其形狀和尺寸，并與化學(xué)組成和表面性質(zhì)(硬度、親疏水性等)密切相關(guān)。

　　原子力顯微鏡針尖曲率半徑的大小將直接影響到測(cè)量的水平分辯率。當(dāng)樣品的尺寸大小與探針的曲率半徑相當(dāng)或更小時(shí)，會(huì)出現(xiàn)所謂的“加寬效應(yīng)”，即測(cè)量值大于真實(shí)值，影響圖像準(zhǔn)確度。為克服“加寬效應(yīng)”，一方面可發(fā)展制造更細(xì)的探針，如用單壁碳納米管制備的原子力顯微鏡探針進(jìn)行生物或化學(xué)修飾也可提高圖像質(zhì)量。

　　目前用于原子力顯微鏡針尖修飾的技術(shù)主要有：自組裝單分子膜修飾原子力顯微鏡針尖、生物分子修飾原子力顯微鏡針尖、碳納米管修飾原子力顯微鏡針尖和顆粒修飾的原子力顯微鏡針尖。與傳統(tǒng)的原子力顯微鏡針尖相比較，碳納米管針尖有幾個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)：①高的縱橫比;②高的機(jī)械柔軟性，針尖掃描時(shí)，即使撞擊到樣品的表面也不會(huì)使針尖損壞;③高的彈性變形，可有效地限制針尖在樣品表面上的作用力，從而減小對(duì)樣品的損害，對(duì)柔軟的生物樣品特別有利;④穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。因此碳納米管修飾原子力顯微鏡探針已經(jīng)成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。

原子力顯微鏡的成像載體

　　由于原子力顯微鏡是對(duì)固定在表面的樣品進(jìn)行成像，所以固定樣品的載體(也稱基底)對(duì)于能否得到理想的結(jié)果是至關(guān)重要的。一個(gè)理想的基底應(yīng)具有以下特點(diǎn)：在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下具有化學(xué)穩(wěn)定性、容易制備、相對(duì)便宜、能簡(jiǎn)便的進(jìn)行修飾并且能長(zhǎng)時(shí)間保存。對(duì)于許多分析目的而言，理想的基底應(yīng)包括較大范圍的相當(dāng)平整的區(qū)域，這-點(diǎn)是相當(dāng)重要的。

　　原子力顯微鏡的成像載體種類比較多，根據(jù)研究工作對(duì)成像載體表面粗糙度及其它表面特性的要求可選擇云母片、硅片、玻璃片、金膜、生物膜、石墨等做基底，其中Z常用的是云母。云母是一種相當(dāng)平的基底，幾平方微米范圍內(nèi)的表面粗糙度只有幾埃，吸附能力強(qiáng)，價(jià)格便宜，容易剝離得到新鮮潔凈的表面，且可進(jìn)行化學(xué)修飾。云母的這些優(yōu)點(diǎn)決定了它是-種理想的基底，能用于許多物質(zhì)的成像，如從DNA到活細(xì)胞的成像都能采用云母作為基底。金膜和硅片也用得比較多，雖然金膜較云母貴，但它易于與疏基化合物得用Au-S鍵形成牢固的共價(jià)鍵合。通過對(duì)其末端基團(tuán)進(jìn)行修飾、控制，可以得到不同性質(zhì)的表面。由于這種固定方法主要是利用結(jié)合比較強(qiáng)的Au-S鍵，所以固定效果好，無論原子力顯微鏡在大氣還是在液體中成像或進(jìn)行力曲線測(cè)定都可以。

　　目前，如何獲得更好的原子力顯微鏡成像載體以滿足不同實(shí)驗(yàn)要求方面的研究工作也是一個(gè)很有意義的研究方向。

原子力顯微鏡的成像環(huán)境

　　原子力顯微鏡可在真空、大氣和液體環(huán)境中成像，這樣可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要選擇合適的成像環(huán)境。尤其是可在液體中成像，為在近生理?xiàng)l件下研究生物大分子的結(jié)構(gòu)和相互作用提供了有效的研究手段。

原子力顯微鏡的樣品制備

　　原子力顯微鏡與透射電鏡、掃描電鏡、X-射線衍射等技術(shù)相比，原子力顯微鏡制樣簡(jiǎn)單，制作過程對(duì)樣品原始形態(tài)的影響小。在空氣或真空環(huán)境括染中成像時(shí)，可以將樣品直接滴加到成像載體上，吸附一定時(shí)間后用濾紙吸干、自然晾干或氮?dú)獯蹈傻姆椒ㄈサ舳嘤嗟乃?，然后進(jìn)行掃描成像。在液體中測(cè)定時(shí)，為了避免樣品的漂移，在原子力顯微鏡制樣方面多加注意，選擇合適的固定方法以得到理想的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。