原 子 力 显 微 镜 (AFM)及 其 在 生 物 学 中 的 应 用 单 分 子 与 纳 米 生 物 医 学 实 验 室 王 冲 学 号 ： 10203828 1982年 ， G. Binning等 人 发 明 了 扫 描 隧 道 显 微 镜 （ Scanning Tunneling Microscope, STM）， 并 因 此 获 得 了 1986年 的 诺 贝 尔 物 理 奖 ， 但 是 ， 由 于 STM工 作 时 监 测 的 是 针 尖 和 样 品 之间 隧 道 电 流 的 变 化 ， 因 此 它 只 能 直 接 观 察 导 体 和 半 导 体 的 表 面 结 构 ， 这 使 STM在 应 用 上 就 有很 大 的 局 限 性 。为 此 ，Binning等 人 1986年 在 STM的 基 础 上 发 明 了 原 子 力 显 微 镜 (Atomic Force Microscope, AFM)， AFM不 仅 具 有 很 高 的 分 辨 率 （ 横 向 分 辨 率 达 到 1nm， 纵 向 分 辨 率 达 到0.01nm） ， 而 且 对 工 作 环 境 、 样 品 性 质 等 方 面 的 要 求 也 非 常 低 ， 因 此 ， AFM的 出 现 为 人 们 更多的 观 察 微 观 世界提供了 一个有 效的 手段和 方 法。 1. AFM 的 工 作 原 理 在 AFM上 有 一个安装在 对 微 弱力 极敏感的 微 悬臂(Cantilever)上 的 极细探针 (Probe)，当针 尖 非 常 接 近样 品 表 面 时 ,就 在 针 尖 —样 品 之 间 产生 极微 弱的 作 用 力 (吸引或排斥力 )， 引起微 悬臂偏转。 根据物 理 学 原 理 ， 施加到 微 悬臂末端力 的 表 达 式为 F = KΔZ 式中 , ΔZ表 示针 尖 相对 于 试样 间 的 距离， K为 微 悬臂的 弹性 系数。 力 的 变 化 均可以通过微 悬臂被检测 。 根据力 的 检测 方 法， AFM可以分 成两类： 一类是 检测 探针 的 位移；另一类是 检测探针 的 角度变 化[1]。 由 于 后者在 Z方 向 上 的 位移是 通过驱动探针 来自动跟踪样 品 表 面 形状，因 此 受到 样 品 的 重量及 形状大 小的 限 制比前者小。 图1 追踪针 尖 运动的 原 理 在 扫 描 时 控制这 种针 尖 —样 品 之 间 的 作 用 力 恒定， 带针 尖 的 微 悬臂将对 应 于 原 子 间 作 用力 的 等 位面 ， 在 垂直 ...
