使用扫描探针显微镜分析样品表面的方法和用于该方法的扫描探针显微镜的制作方法
【专利说明】使用扫描探针显微镜分析样品表面的方法和用于该方法的扫 描探针显微镜
[0001] 相关申请
[0002] 本申请要求2014年12月10日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No. 10-2014-0177823的权益，其公开内容通过提述完整并入本文。 发明领域
[0003] 本公开涉及使用扫描探针显微镜分析样品表面的方法和用于该方法的扫描探针 显微镜。
[0004] 发明背景
[0005] 原子力显微术(AFM)是在工业和研究领域广泛使用以在超灵敏测量尖端的帮助下 扫描表面的方法。测量尖端位于微机械悬臂（cant i lever)的无支持端且对短程力（例如范 德华力（van der Waals force))起反应。AFM方法经常用于分子生物学、药理学、材料科学 和纳米技术领域。此外，在小型化的背景和在高度集成电路的使用中，AFM-方面在工业上 用于过程控制，且在另一方面用于研究起着越来越重要作用的新现象。由于其运行原理，已 知的AFM方法不提供关于表面的化学或电子信息。
[0006] 因此，尽管存在相关技术，但仍需要新的AFM方法。
[0007] 发明概述
[0008] 一个方面提供使用扫描探针显微镜(scanning probe microscope)分析样品表面 的方法。
[0009] 另一个方面提供扫描探针显微镜。
[0010] -个方面提供使用扫描探针显微镜分析样品表面的方法，包括以下步骤:提供具 有表面的样品；通过扫描器相对于所述样品表面移动探针(probe)以允许该样品表面和该 探针之间的相互作用；自偏转传感器(deflection sensor)测量该探针的偏转距离；自偏转 距离测定该探针和该表面之间的相互作用力；和比较测定的相互作用力和预确定的相互作 用力，其中所述扫描探针显微镜包含用于检测关于所述样品表面的信息的探针，用于相对 于所述样品移动该探针以允许该探针扫描所述样品表面的扫描器，和用于检测该探针的偏 转的偏转传感器，且该探针的一端连接于扫描器而其另一端是从扫描器延伸的细胞附着性 悬臂(cell-attached cantilever)，且所述偏转传感器包含放置以对该探针照射光的光源 和放置以检测从该探针反射的光的位置敏感性光检测器（position-sensitive photodetector)〇
[0011] 在该方法中，所述扫描探针显微镜包含用于检测关于样品表面的信息的探针，用 于相对于所述样品移动该探针以允许该探针扫描所述样品表面的扫描器，和用于检测该探 针的偏转的偏转传感器，其中该探针的一端连接于所述扫描器而其另一端是从所述扫描器 延伸的细胞附着性悬臂，且所述偏转传感器包含放置以对该探针照射光的光源和放置以检 测从该探针反射的光的位置敏感性光检测器。所述扫描探针显微镜可以是原子力显微镜 (atomic force microscope，AFM)〇
[0012]所述悬臂可以是具有弹性的物质。悬臂可以具有0.001N/m至lN/m的弹簧常量。悬 臂可由娃或氮化娃(Si3N4)制备。悬臂可具有lnm至lOOnm的厚度。悬臂可具有125μηι的长度。 悬臂可在典型AFM的探针的末端处没有尖端，即其可具有无尖端末端(tipiess end)。悬臂 可根据由光源产生的光束排列（The cantilever may be arranged by a light beam produced by the light source)。
[0013] 偏转传感器可以是悬臂偏转传感器(cantilever deflection sensor)。在悬臂偏 转传感器中，光源可以是激光（laser)。位置敏感性光检测器可以是分裂式光电二极管 (split photodiode)。可将从悬臂背部反射的激光束导向到检测悬臂偏转中的小变化的分 裂式光电二极管上。
[0014]扫描器可包含能够将探针或样品表面相对彼此移动的工具。扫描器可包含压电元 件(piezo-electric element)。该压电元件可以是扩大型元件（expansion element)。
[0015] 图1是显示扫描探针显微镜的例示性实施方案的图。如图1中显示的，扫描探针显 微镜10可以具有一系列组件，其对应于AFM的那些。将具有表面42的样品放置并支持在基底 40上。基底40可以是光学透明或半透明的物质，如玻璃或塑料。扫描探针显微镜10包含悬臂 12，其具有连接于悬臂体（cantilever body)22的一端16，悬臂体22连接于悬臂支持物 (cantilever support)24。悬臂支持物24继而连接于扩大型元件26,如压电元件。开动该压 电元件以扩大或收缩以便沿z轴，例如垂直地移动悬臂支持物24或其他连接的组件。悬臂12 的另一端14附着有细胞，如此充当探针。在扫描探针显微镜中，扫描器可包含悬臂体22、悬 臂支持物24、和扩大型元件26。探针可包含悬臂12及其两端14、16。
[0016] 在扫描探针显微镜的运行期间，作为开动扩大型元件26的结果，向下移动悬臂支 持物24。最终，使得悬臂的末端14接近样品并与样品的表面相互作用。当排斥力或粘附力起 作用时，末端14以相对于水平面的特定角度α倾斜。悬臂的偏转程度使用光源32和光检测器 36检测。光源32作为激光执行，其发射光束34,使该光束聚焦于悬臂12的上表面上。光束34 向光检测器36反射并以激光光斑（laser spot)冲击光检测器36。悬臂12的偏转移动光检测 器36上激光光斑的位置。光检测器36可以连接于数据处理器54、存储器52和显示设备50。还 涵盖用于检测悬臂12的偏转的其他机械装置(mechanism)。例如，可以使用干扰检测器元件 (interference-detector element)检测悬臂12的弯曲，所述干扰检测器元件检测反射的 光束和原始光束之间的干扰程度。再举一例，可将压阻元件(piezo-resistive element)或 压电元件纳入悬臂12内或连接于悬臂12以检测悬臂12的弯曲程度。
[0017] 如图1中例示的，扫描探针显微镜10可以包含控制器和数据处理器54,其连接于扫 描探针显微镜10的多个组件且用来指导那些组件的运行。控制器和数据处理器54连接于显 示设备50,其为扫描探针显微镜10的用户产生视觉指示。控制器和数据处理器54还可以连 接于存储器44,其存储计算机代码或可执行指令，用于实施多种数据检索和操作运行。存储 器44还可以存储与样品的失败或通过基础有关的数据。
[0018] 图2是悬臂偏转传感器的放大图。如图2中例示的，悬臂偏转传感器包括光源32和 光检测器36。使从光源32发射的光束聚焦于悬臂14的末端，其被悬臂14的末端和样品表面 之间的相互作用偏转。该偏转通过光检测器上的激光光斑A或B检测。激光光斑的差异或总 和代表悬臂的偏转程度。
[0019] 在所述方法中，细胞可通过静电结合固定化在探针的表面上，该探针用阳离子聚 电解质例如聚（二稀丙基二甲基氯化铵）（poly(diallyldimethylammonium chloride)) (polyDADMAC)包被。细胞可以是细菌或哺乳动物细胞。细菌可以是革兰氏阳性或革兰氏阴 性的。细菌可以是例如大肠杆菌（E . c ο 1 i )、沙门氏菌（s a 1 mon e 11 a )或假单胞菌 (pseudomonas)。细胞可以以活细胞或生理学活性细胞固定化在探针上。
[0020] 在所述方法中，扫描探针显微镜包含检测关于彼此不同的样品表面的信息的多个 探针和检测多个探针中每个的偏转的一组偏转传感器，且上述步骤可以对于样品表面上的 多个位置同时进行。将多个可以彼此不同的探针固定在扫描器的同一基底的表面上，如此 允许同时从样品表面的不同位置移动。在该情况下，对样品表面的分析可以是具有时效性 的（time-efficient)。偏转传感器可以包含一个或多个光源，其可以布置为或调整以布置 为将光照射到悬臂14上。光源的数目可以是复数个，例如2个或更多、3个或更多或4个或更 多。
[0021] 在所述方法中，扫描探针显微镜中的多个探针可以预确定间隔排列在基底上。样 品表面可通过以预确定间隔排列各个探针而统一分析。
[0022] 所述方法包括提供具有表面的样品的步骤。样品包括任意物质，只要其具有表面。 样品