[发明专利]一种用于原子力显微镜液下测量的激光调节方法

说明书

本发明涉及一种用于原子力显微镜液下测量的激光调节方法。本发明利用液体的毛细力在液面和夹持器之间形成的液桥，使反射光在探针和夹持器间传播的介质仅为液体，反射光路稳定；利用毛细力形成的液桥没有气泡等不稳定相，不会影响反射光路，在毛细力作用下形成液桥能在1秒内完成，大大缩短了激光调节的时间，而且采用本发明，使检测样品不必暴露的气体中，能用来测量细胞、细菌等活体微生物。本发明使原子显微镜液下测量时激光调节方法更加方便、简单和可靠，对原子力显微镜液相模式下激光的快速、可靠调节具有重要意义。

技术领域

本发明涉及原子力显微镜应用技术领域，具体涉及一种用于原子力显微镜液下测量的激光调节方法。

背景技术

原子力显微镜(AFM)是一种通过检测样品表面和探针之间极微弱的原子间相互作用力来研究物质的表面结构及性质的仪器。检测过程中，将探针悬臂一端固定，饰有纳米尺度针尖的另一端接近样品，悬臂受针尖与样品间作用力的影响而发生形变或改变运动状态。系统利用激光的“光杠杆”效应将悬臂的形变量或运动状态变化量放大，并经四象限光电检测器检测后送至反馈系统。原子力显微镜具有多种成像模式和检测模式，不仅可以提供样品的形貌信息，还可以探测样品表面的电学、磁学及摩擦学等方面的信息。与光学显微镜(包括扫描电镜)不同，原子力显微镜因其实质是探测力的变化，可在气体、液体和真空中实现测量。原子力显微镜能在液体中实现样品测量，为固液界面性质、微生物生长及电化学过程等研究提供了重要平台。因此，原子力显微镜的液下测量功能应用前景广泛。

与气相工作模式类似，应用原子力显微镜液下测量时，首先需要将探针顺利下到样品表面，而当探针刚刚浸入液体时，激光光路在液体中会因折射而改变，激光的反射光路可能会超出光电检测器的范围，使得SUM值降为0，系统撞针保护启动，从而阻止探针进一步向下移动。为了解决以上问题，目前通常有以下两种激光调节方法来补偿光路因折射而改变的量：

第一种方法是先在空气环境中调好激光并下针至样品表面附近，再滴加液体浸没样品和探针，最后向针尖方向微调激光至SUM最大。该方法的缺点是样品在测量前一段时间会暴露在空气中；

另一种方法是在空气环境中调好激光后，在针尖处滴加一滴液体并微调激光至SUM值最大，下针过程中让该液滴一直挂在针尖处，直至液滴与下方的液体融合。该方法对测量人员的经验要求较高，滴加的液滴在下针过程中也容易脱落；此外，当液滴较小不能填充满探针与夹持器空间，会使激光光路出现多次反射折射，给激光调节带来较大的麻烦。

发明内容

为了解决现有原子力显微镜液下测量时液体对激光光路影响问题，本发明提供了一种原子力显微镜液下测量的激光调节方法，该方法使液相模式下的激光调节方法更加方便、简单和可靠，解决了原有调节方法中样品会暴露气体中、液滴易脱落、液滴不能填充满探针与夹持器空间等问题，对原子力显微镜液下测量时激光的快速、可靠调节具有重要意义。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种原子力显微镜液下测量的激光调节方法，包括下列步骤：

(1)在大气环境下，调节原子力显微镜的图像传感器CCD的位置，直至在CCD图像界面观察到清晰的探针实像；用“阴影法”调节入射激光的位置，使其光斑照在悬臂前端；调节四象限光电检测器位置，使入射激光反射到四象限光电检测器上的激光强度最大，即原子力显微镜显示屏上的SUM值最大，调节四象限光电检测器使反射激光照在四象限光电检测器的中心；

(2)向下移动探针至针尖浸入液面，探针与夹持器间的空间有部分液体和气体，激光反射光路因在液体中折射而改变，反射光超出四象限光电检测器的检测范围，SUM值变为0，系统撞针保护开启，不能继续向下移动探针；