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AFM 原子力顯微鏡 - 應用

AFM 原子力顯微鏡 - 應用. 原子力顯微鏡於奈米科技之應用. 生物檢體檢測. 奈米檢測. 材料表面結構檢測. 碟片記錄點檢測. 積體電路檢測. 蛋白質、 DNA 陣列晶片. 奈米加工. 超高密度資料儲存. 奈米微影. 單原子、分子操控. 超高密度資料儲存. 利用探針型顯微鏡記錄資料，選擇不同交互作用方式會影響資料密度，希望利用微小的探針尖端儲存資料，把儲存系統的密度推進到原子級的世界。

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AFM 原子力顯微鏡 - 應用

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Presentation Transcript

  1. AFM原子力顯微鏡-應用

  2. 原子力顯微鏡於奈米科技之應用 生物檢體檢測 奈米檢測 材料表面結構檢測 碟片記錄點檢測 積體電路檢測 蛋白質、DNA陣列晶片 奈米加工 超高密度資料儲存 奈米微影 單原子、分子操控

  3. 超高密度資料儲存 利用探針型顯微鏡記錄資料，選擇不同交互作用方式會影響資料密度，希望利用微小的探針尖端儲存資料，把儲存系統的密度推進到原子級的世界。 這種奈米級的資料儲存技術應用在高密度高容量儲存系統之市場潛力頗大，這個新產品可較目前市場上的一般光碟機儲存容量大，單面記錄容量超過20Gbytes，且記錄密度可達12Gbits/inch2，全球高密度、高容量資訊儲存系統將可被開發出來。

  4. AFM具有奈米切割功能 切斷DNA的力量 以AFM之尖端，進行DNA切斷的力量量測實驗之影像圖。 (a)箭頭方向表示探針的移動方向(由右向左)做切割， (b)再切劃過後，所留下的一個15nm的空隙(DNA分子長度為372nm) AFM不僅可用來量測也可用於加工與製造。 加工時是將探針當成微小刀具來對試片表面進行切削加工，而奈米結構製造則常用外加電場方式。

  5. 雲母的原子晶格 實驗條件: 掃描模式:接觸式 試片範圍:4nmx4nm 掃描速度:60Hz 掃描範圍:1nmx1nm 下針後掃描速度設定在60Hz 調整setpoint值，直到影像清晰。擷取影像，並除去背景雜訊。 量測結果可得知原子具週期距離為0.538nm，由於熱飄移對此實驗影響很大，因此在量測環境上必須穩定，如:溫度及震動等等問題。

  6. 一、AFM 能在真空狀態、空氣、液體等多種環境中使用， 可以在生理條件下進行掃描，解析度得到生物分子及 樣品表面之三維圖像。 二、對生物分子生理生化過程進行即時動態觀察。 三、以皮克˙牛頓 (Piconewton; pN)的精確度直接測量 生物分子間及分子內作用力。

  7. 生物固定化技術 將生物分子固定於晶片載體上主要區分為共價鍵結 (Bonding) 及非共價結合 (Non-bonding) 兩種， 常用的包含: (a) 吸附法 (Adsorption)：是藉由生物分子與晶片載台間 的物理作用力 (van der Waals Force) 方式固定於晶 片載體之表面。 (b) 離子鍵結法 (Ionic Bonding)：是藉由與生物分子間之 正負電荷形成之靜電吸引力 (Electrostatic Attraction) 而達到固定化作用。例如常用的poly-L-lysine鋪滿雲母片 (Mica)表面，再與生物分子結合。

  8. (c) 共價結合法(Covalent Binding)：生物分子與晶片載體間透過 一改變鏈長之生物連結分子 (Bio-linker)，由官能基之共價 鍵結方式固定，因固定效果最佳，所以最常用於生物分子之 固定。 (d) 交聯法 (Cross-linking)：是透過雙或三官能基反應劑之協助， 將個別生物分子相同結合在一起， 以形成不溶狀高分子聚合 物。 (e) 包埋法(Entrapment)：將生物分子埋入天然或合成之高分子 載體內，通常高分子為膠狀、多孔洞且通透性佳之結構，已 滿足包埋生物分子且保有其生理功能，較常用於細胞之固定 化。

  9. 二. 表面形貌之描繪 AFM 呈像方式由先前所探討不同模式，包含敲擊式、 非接觸式以及接觸式等方式進行描繪，所選用之模式 也會因生物分子之不同而有特定之選擇。 一般而言，細胞及微生物較大型生物分子可利用接觸 式進行；蛋白質及核酸類生物分子，可選用輕敲模式 及針尖較小之探針進行描繪，可得到解析度較高之形 貌描繪。

  10. 三. 生物分子內之物理化學特性研究 經由AFM 表面形貌描繪後，可以分析得到其物理化學特 性。包含三維尺度之長、寬、高之奈米尺寸，亦可藉由 力學量測得到生物分子表面由氫鍵、凡得瓦力、疏水性 作用力以及靜電力所組成的黏滯力(Adhesion Force)、 彈性力 (Elasticity) 以及其表面之軟硬度等物理化學參數 。

  11. 四.分子間力學量測分析 生物分子相互作用研究領域中，主要探討對象以蛋白質為 主。所以在蛋白質體學中，經由CentralDogma一連串的過 程，最終可以得到修飾作用後(Post-modification)的蛋白質 ，並了解其三級及四級結構所產生之物理化學功能特性。 而三、四級結構的產生就是由蛋白質本身分子內作用力摺 疊而成。

  12. 在生醫領域，相關之整合量測技術孕育而生。例如在生醫領域，相關之整合量測技術孕育而生。例如 配合AFM 之奈米微影蝕刻技術可製造奈米級之生物馬達；加入導電型機制之AFM 稱之為導電型原子力顯微技術 (c-AFM)，可配合導電型探針之選用，量測表面奈米級之電性變化；透過藥物處理之生物分子結構變化，並藉由AFM 之解析，進一步了解藥物對於生物樣品破壞之影響，提供更進一步的反應機制。 例如『台大抗煞一號』17,18 對抗SARS 病毒之結構分析19 (如圖十所示)

  13. 中山大學預約 中山大學理1009室 廠牌：Digital Instrument 型號：NanoMan NS4+D3100 ) 收費標準: 委託操作,一小時NT.3500 自行操作,一小時NT.2000 聯絡方式: 指導教授：周雄　教授(理學院物理系) 助理：劉貴嘉 TEL：(07)525-2000 ext. 3722

  14. 南台預約-操作流程圖 南台科技大學機械工程館(K棟)一樓K108A LAB 機型:Veeco CP-II 開放時間: 週一至週五:早上8:00-下午5:00 預約時間方法: 請於一星期前預約機台， 預約時間為星期一至星期五 (AM 9：00~PM 17：00)。 (請至K棟305A LAB填寫預約表) 星期一至星期五預約次數為2次。 預約使用時段分為: 早上(AM 8：00~PM 12：00)以及 下午(PM 13：00~PM 17：00)

  15. 收費規定 1.使用本實驗室之機台需自備探針。 2.付款方式以季繳付清。 3.預約時間無法前來，ㄧ律不得要求退費、改時間。 • 校內(地點:奈米中心): User須具有通過認證資格者或以代工辦法處理。 • 收取費用如下 1.自行使用:機台使用維護費:150元/hr 2.代工:代工費:300 • 校外(含業界): 本實驗室不開放校外人士使用，如需使用一律以代工辦法處理。 • 收取費用如下 1.代工:代工費:500元/hr • 以上金額本實驗室有權依時價調整修正之，並以本研究室公告為主。

  16. 結論 • 與掃描電子顯微鏡(SEM)相比，AFM的缺點在於成像範圍太小，速度慢，受探頭的影響太大。 • 不同於電子顯微鏡只能提供二維圖像，AFM提供真正的三維表面圖。同時，AFM不需要對樣品的任何特殊處理，如鍍銅或碳，這種處理對樣品會造成不可逆轉的傷害。由於能觀測非導電樣品，因此具有更為廣泛的適用性。 • 電子顯微鏡需要運行在高真空條件下，原子力顯微鏡在常壓下甚至在液體環境下都可以正常工作。如此便可用來研究生物宏觀分子，甚至是活的生物組織。

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