贝克曼研究所开发原子力显微镜新技术：将提高AFM通用性和精度

仪器信息网讯 近日，贝克曼先进科学技术研究所（Beckman Institute for Advanced Science and Technology ）的研究人员开发了一种新方法，以提高使用原子力显微镜对纳米级化学成像的检测能力。这些改进减少了与显微镜相关的噪声，从而提高了可以研究样品的精度和范围。

使用先前的偏转AFM-IR检测方法(上)收集的4nm厚聚合物薄膜产生的化学信号与新的零偏转方法对比（图片自贝克曼先进科学技术研究所）

该成果于6月26日发表在《Nature Communications》上，论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-020-17043-5。

原子力显微镜用于扫描材料表面以生成其高度的图像，但该技术无法轻松识别分子组成。研究人员此前已经开发了AFM和红外光谱的组合，称为AFM-IR。 AFM-IR显微镜使用悬臂梁，该悬臂梁是一端连接到支架，另一端连接到尖端的光束，用于测量由照射红外激光照射而产生的样品的细微运动。样品对光的吸收使其扩展并偏转悬臂，从而产生红外信号。

“尽管这项技术得到了广泛的应用，但是它的性能受到了限制。” 伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校(University of Illinois at Urbana-Champaign) 工程学的创始人、癌症中心主任Rohit Bhargava教授表示，“问题在于存在未知的噪声源，这限制了数据的质量。”

随时间变化的悬臂共振在AFM-IR中的影响（图自成果论文）

研究人员创建了一个理论模型，以了解仪器的工作原理，从而识别出噪音的来源。此外，他们开发了一种新的方法来以更高的精度检测IR信号。

由Bhargava指导的化学成像与结构实验室的研究生Seth Kenkel表示：“悬臂的偏转容易受到噪声的影响，噪声会随着偏转的增加而变得越来越差。” “我们没有检测悬臂挠度，而是使用压电组件作为平台，保持零挠度。通过向压电材料施加电压，我们可以保持低挠度和低噪声，同时记录同样的化学信息，现在这些信息被编码在压电电压中。”

研究人员没有移动悬臂，而是利用压电晶体的运动来记录IR信号。Kenkel表示：“这是第一次有人控制压电致动器来检测信号。其他研究人员通过使用更复杂的检测系统来解决诸如噪声之类的挑战，这些系统无法解决与AFM-IR相关的潜在问题。”

Bharat表示：“由于噪声问题，人们只能使用这种技术来测量具有较强信号的样本。随着灵敏度的提高，我们可以对体积更小的样品成像，例如细胞膜。”

除了测量更多种类的样品外，研究人员还希望使用这种技术来测量较小的样品量。 Bhargava表示：“我们可以使用这种技术来研究少量存在的复杂混合物，例如单脂双分子层。”

化学系主任兼拉里·福克纳化学基金会主席Catherine Murphy表示：“ Bhargava实验室开发的新技术令人振奋，我们小组有兴趣立即使用该技术来研究复杂表面上的蛋白质变形。”