免费观看美国不卡一级黄色片-日本一区二区中文字幕无删减版-91在线国内在线播放高清-午夜av高清在线观看

預(yù)存
Document
當(dāng)前位置：文庫百科 ? 文章詳情
原子力顯微鏡下的分子間力與表面力研究
來源： 時(shí)間：2025-03-03 09:23:17 瀏覽：938次

原子力顯微鏡下的分子間力與表面力研究

 

原子力顯微鏡（Atomic Force Microscope，AFM）自1986年由美國(guó)IBM公司的Binnig等人發(fā)明以來，已經(jīng)成為納米科學(xué)和生命科學(xué)領(lǐng)域的重要工具。其獨(dú)特的原理和高分辨率成像能力，使科學(xué)家能夠以前所未有的精度研究分子間力與表面力。

一、工作原理與分類

原子力顯微鏡的工作原理基于原子間的相互作用力。當(dāng)AFM的探針（裝有細(xì)微針尖的彈性微懸臂）靠近樣品表面時(shí)，針尖與樣品間的微弱相互作用力會(huì)引起微懸臂發(fā)生形變。這一形變通過激光束反射到位敏光電檢測(cè)器上，轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品表面形貌的高精度測(cè)量。

根據(jù)工作模式的不同，AFM可以分為以下幾類：

接觸式原子力顯微鏡：在此模式下，探針針尖與樣品表面直接接觸。由于接觸力較大，可能導(dǎo)致樣品表面損傷，但成像分辨率較高。

非接觸式原子力顯微鏡（NC-AFM）：探針在樣品表面上方振動(dòng)，不與樣品直接接觸。這種模式下，成像分辨率可能稍低，但避免了樣品損傷，特別適用于研究柔軟或易損樣品。

輕敲式原子力顯微鏡：作為非接觸式的一種變體，探針在樣品表面附近以較高振幅振動(dòng)。這種方式既能獲得高分辨率圖像，又能減少樣品損傷。

二、原子力顯微鏡在分子間力研究中的應(yīng)用

原子力顯微鏡在分子間力研究中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。其皮牛級(jí)的測(cè)力靈敏度能夠精確測(cè)量單對(duì)生物分子間的非共價(jià)作用力（一般認(rèn)為單對(duì)生物分子間的非共價(jià)作用力為幾十到幾百皮牛）。這使得AFM成為研究生物分子間相互作用力的理想工具。

單分子力譜測(cè)量

單分子力譜法（Single Molecule Force Spectroscopy，SMFS）是AFM在分子間力研究中的一項(xiàng)重要應(yīng)用。通過化學(xué)反應(yīng)或物理吸附，將需要研究的分子對(duì)（如配體和受體）分別固定于AFM的針尖和基底表面。當(dāng)針尖逼近基底并回退提拉過程中，記錄微懸臂彎曲方向和彎曲程度的變化，轉(zhuǎn)化為力值，從而得到力-距離曲線。這一曲線反映了分子間的相互作用力。

單分子力譜測(cè)量不僅可以獲得配體-受體相互作用力的大小，還能同時(shí)獲得成鍵幾率這一重要參數(shù)。這對(duì)于理解生物分子間的識(shí)別進(jìn)程、揭示生命活動(dòng)的基本原理具有重要意義。

生物分子間相互作用的研究

AFM在生物分子間相互作用的研究中，廣泛應(yīng)用于抗體-抗原間的相互作用、DNA與其他物質(zhì)的相互作用等領(lǐng)域。例如，通過AFM可以觀察到脂多糖結(jié)合蛋白（LBP）和受體蛋白（CD14）與脂多糖（LPS）間的相互作用力變化，揭示敗血癥性休克引發(fā)的免疫響應(yīng)機(jī)制。此外，AFM還能研究白蛋白抗體與抗原間的相互作用力，改進(jìn)蛋白質(zhì)的固定方法，提高抗體抗原的空間自由度。

分子間鍵合的實(shí)空間特征研究

隨著非接觸原子力顯微鏡（NC-AFM）技術(shù)的進(jìn)步，科學(xué)家能夠在實(shí)空間內(nèi)以原子級(jí)分辨率觀察和識(shí)別單個(gè)分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)、吸附構(gòu)型以及化學(xué)轉(zhuǎn)化。這一技術(shù)為研究分子間相互作用提供了全新的視角和方法。例如，通過NC-AFM技術(shù)，科學(xué)家成功實(shí)現(xiàn)了8-羥基喹啉（8-hq）分子在Cu（111）基底上氫鍵網(wǎng)絡(luò)的原子級(jí)可視化，包括對(duì)氫鍵的位點(diǎn)、方向和長(zhǎng)度的精確測(cè)定。這一突破性發(fā)現(xiàn)不僅揭示了氫鍵網(wǎng)絡(luò)的特征，還為理解基底對(duì)氫鍵的影響提供了重要參考。

三、原子力顯微鏡在表面力研究中的應(yīng)用

除了分子間力研究外，原子力顯微鏡在表面力研究中也發(fā)揮著重要作用。其高分辨率成像能力和測(cè)力靈敏度使科學(xué)家能夠深入探究樣品表面的力學(xué)性質(zhì)、電荷分布、磁疇分布等結(jié)構(gòu)特征。

表面形貌與力學(xué)性質(zhì)研究

AFM能夠高分辨率地表征樣品表面形貌，并分析研究與作用力相對(duì)應(yīng)的各種表面性質(zhì)。例如，通過AFM可以觀察到水合活細(xì)胞的結(jié)構(gòu)、測(cè)定細(xì)胞壁的彈力、探測(cè)聚合物分子的表面構(gòu)象以及繪制其官能團(tuán)的圖像。這些處于亞細(xì)胞水平的性質(zhì)用傳統(tǒng)的方法很難檢測(cè)，因?yàn)樗鼈兊某叽缣　６?/span>AFM的高分辨率，科學(xué)家能夠直觀地觀察到這些微觀結(jié)構(gòu)，為理解生命活動(dòng)的基本原理提供有力支持。

表面電荷與磁疇分布研究

AFM不僅能夠測(cè)量樣品表面的力學(xué)性質(zhì)，還能探測(cè)樣品表面的電荷分布和磁疇分布。通過靜電力顯微鏡（EFM）這一AFM的變種技術(shù)，科學(xué)家能夠利用導(dǎo)電懸臂來探測(cè)樣品表面的電荷分布。在EFM的成像過程中，懸臂所受到的吸引力和排斥力主要取決于樣品表面的電荷分布，從而揭示出樣品表面在納米尺度的電荷分布信息。同樣地，磁力顯微鏡（MFM）則能夠探測(cè)樣品表面的磁疇分布，為磁性材料的研究提供直觀效果。

表面力學(xué)性質(zhì)的納米壓痕技術(shù)

納米壓痕技術(shù)是AFM在表面力學(xué)性質(zhì)研究中的一項(xiàng)重要應(yīng)用。通過原子力探針將懸臂精準(zhǔn)地壓入樣品表面，隨后通過原位成像技術(shù)對(duì)壓痕進(jìn)行表征，從而揭示樣品的局部硬度。此外，通過深入分析樣品的壓痕加載和卸載曲線，可以進(jìn)一步獲取到樣品的硬度和彈性系數(shù)等關(guān)鍵物理參數(shù)。這一技術(shù)對(duì)于理解材料的力學(xué)性能和微觀結(jié)構(gòu)具有重要意義。

四、原子力顯微鏡與其他技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用

為了拓展AFM的應(yīng)用范圍，科學(xué)家常常將其與其他技術(shù)結(jié)合使用。例如：

AFM與光譜技術(shù)的結(jié)合：可以用于研究材料的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)。

AFM與納米加工技術(shù)的結(jié)合：可以實(shí)現(xiàn)納米尺度的精確操控和制造。

AFM與電化學(xué)技術(shù)的結(jié)合：可以用于研究樣品表面的電化學(xué)性質(zhì)，如局部電流密度、電位分布等。

這些協(xié)同應(yīng)用為納米材料的研究和發(fā)展注入了新的活力，推動(dòng)了科學(xué)研究的深入進(jìn)行。

 

評(píng)論 / 文明上網(wǎng)理性發(fā)言
12條評(píng)論
全部評(píng)論 / 我的評(píng)論
最熱 /  最新
全部 3小時(shí)前 四川
文字是人類用符號(hào)記錄表達(dá)信息以傳之久遠(yuǎn)的方式和工具?，F(xiàn)代文字大多是記錄語言的工具。人類往往先有口頭的語言后產(chǎn)生書面文字，很多小語種，有語言但沒有文字。文字的不同體現(xiàn)了國(guó)家和民族的書面表達(dá)的方式和思維不同。文字使人類進(jìn)入有歷史記錄的文明社會(huì)。
點(diǎn)贊12
回復(fù)
全部
查看更多評(píng)論
相關(guān)文章

一文詳解掃描電子顯微鏡(SEM)的工作原理及應(yīng)用技術(shù)

2023-10-08

熱重分析（TG-DTG）曲線的幾種解析方法

2023-12-26

接觸角測(cè)試（CA）的原理、樣品制備要求及實(shí)際應(yīng)用

2023-11-16

一文詳細(xì)介紹he染色的基本原理、實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)

2023-11-23

恒電流間歇滴定法GITT的基本原理以及測(cè)試教程

2022-08-12

TMA技術(shù)的基本概念、應(yīng)用領(lǐng)域以及實(shí)際操作中的要點(diǎn)

2023-12-06

項(xiàng)目推薦/Project
原子力顯微鏡（AFM）

原子力顯微鏡（AFM）

熱門文章/popular

基礎(chǔ)理論丨一文了解XPS（概念、定性定量分析、分析方法、譜線結(jié)構(gòu)）

晶體結(jié)構(gòu)可視化軟件 VESTA使用教程（下篇）

手把手教你用ChemDraw 畫化學(xué)結(jié)構(gòu)式：基礎(chǔ)篇

【科研干貨】電化學(xué)表征：循環(huán)伏安法詳解（上）

電化學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)之電化學(xué)工作站篇 （二）三電極和兩電極體系的搭建 和測(cè)試

【科研干貨】電化學(xué)表征：循環(huán)伏安法詳解（下）

微信掃碼分享文章
| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |