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原子力显微镜工作条件的要求

发布日期:2015-06-04 09:56:18
在大家的实验中,制备生物样品所用的基片有云母片(mica)、单晶硅片 (Silicon wafer)、玻璃片(glass)、高定向裂解石墨(highly oriented pyrolytic graphite,HOPG)、金片(gold)等等。
在表2-1列出了这四种基片表面粗糙度的分析结果。用原子力显微镜扫描基 片上6到8处不同区域的形貌图像,经过AFM表面粗糙度App统计得到了表面 粗糙度(RMS)的数据。利用AFM的轻敲模式扫描得到基片的形貌图,扫描范围 均为4卿,图像的分辨率为256 x 256像素,所有图像只经过自动平滑处理
(Flatten Auto ),以消除慢扫描方向上的低频噪音。
表2-1不同方法处理后的各种基片表面的平均粗糙度
基片Rq (nm)Ra(nm)
石墨0.160.15
云母0.340.26
盖玻片0.670.54
娃片1.251.18
从表2-1中可以看出,高定向裂解石墨(HOPG)和云母(mica)的表面粗糙度很 小,一般情况下都在0.1nm之下,因此非常适合用于于DNA、蛋白质、多糖、 黄原胶等生物大分子的样品制备。高定向裂解石墨(HOPG)和云母(mica)都有很好 的解离性,通过剥去石墨或者云母的表面即可得到新鲜解离的表面。图2-1 (a)是 在接触模式下云母的原子形貌图,扫描范围是10nmx10nm,(b)是用STM扫描的 高定向裂解石墨的原子形貌图,扫描范围是5nmx5nm。刚解离的云母和石墨表面 是非常平滑的,并且无污染,非常适合作为生物样品的基片。
图2-1 (a)云母表面AFM形貌原始图10nmX10nm (b)石墨表面STM形貌原始图
5nmX5nm
从表2-1中可以看出,单晶硅片的表面粗糙度最大,再加上清洗不便,不适 合用于生物大分子的观察。玻璃片的表面粗糙度达到0.5nm以上,也不适合作为 DNA、蛋白质、黄原胶等生物大分子样品的基片,粗糙玻璃片的表面会掩盖生物 大分子本身的尺寸,因此会影响观察的准确性。对于体积较大的生物大分子,如 细胞样品,基片本身的粗糙度对细胞的尺寸几乎不产生影响,而且对于表面粗糙 度较大的玻璃片,有利于细胞等尺寸大的生物样品能更好地吸附在固定基片表 面,在扫描的过程中不易被针尖带动,保证样品不被针尖移动和脱落,因此在制 备用于AFM观测的细胞等大尺寸的生物样品的时侯,大家常用的基片是玻璃 片,在清洗的时候方便,可重复利用性也比较高。
为了研宄外界条件对基片的影响,大家选取最简单的三次蒸馏水作为溶液。 首先,大家在普通的大气环境下进行操作,用微量取液器汲取2叫的三次蒸馏 水,滴于新解离的云母表面上,让三次蒸馏水在云母表面均匀展开,然后将其在 大气下自然晾干,进行AFM扫描,如图2-2 (a),扫描范围是2000nmx2000nm, 形貌图上显示了许多大的颗粒状物质。然后在超净工作间中大家进行同样地操 作,用微量取液器汲取2瓜的三次蒸馏水,滴于新解离的云母表面上,让三次蒸
馏水在云母表面均匀展开,然后在超净工作间中的空气中自然晾干,然后进行 AFM扫描,如图2-2 (b),扫描范围是2000nmx2000nm,形貌图上显示了几个颗 粒状的物质。经过分析该颗粒为大气中的微粒,如图2-2 (a),在三次蒸馏水干燥 的过程中,空气中的微粒会吸附在三次蒸馏水的表面,干燥后吸附在云母的表 面,对表面有很大的污染,大家在配制好的生物样品在这样的环境下进行自然晾 干中,也同样会出现这种现象,严重影响大家进行生物样品的形貌分析,也会污 染大家生物样品,因此在生物样品进行成像的时候,样品干燥的过程一定在干净 的空气下进行,例如:超净工作间、干燥洁净台、手套箱等等中进行。对比着2- 2 (a),大家发现2-2 (a)形貌图像中,有较少的颗粒状的物质,这些在试验中是不 可避免的,在分析生物样品的形貌图的时候可以把它们忽略,空气中少量的尘埃 颗粒对生物样品的成像影响较少,如果大家在超净工作间的洁净工作台上进行晾 干,尘埃颗粒几乎不会存在,因此大家在进行以后的试验中,全是在超净工作间 中的洁净工作台上进行操作,极大的减少了空气中的尘埃颗粒对生物样品的损 害,提高了生物样品的成像的分辨率。
以0.5?1Hz进行扫描时,生物样品的图形清晰,但是消耗的时间较长。以大 于4Hz进行成像,虽然省时间,但成像不清晰,且很容易造成生物样品的损伤。 以2?3Hz进行扫描的时候,图像虽然不及0.5?1Hz清晰,但已能满足观察需 要,且比较省时,因此以2?3Hz的速度进行扫描最为适宜。
 
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