生物医学成像技术

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1、扫描探针显微镜Dr.PavelDorozhkin,HeadofSpectroscopygroup,dorozhkin@ntmdt.comwww.ntmdt.comConfocalRamanmicroscopyincombinationwithatomicforcemicroscope:“classical”applicationsandarootforsubwavelengthopticalresolutionNTEGRASpectraNTEGRASpectraNTEGRASpectraInvertedmicrosco

2、pesetup(fortransparentsamples)Invertedmicroscope(Olympus,Nikon)Laser(Ar,HeNe,HeCd…)Opticalmodule(e.g.Solar-TII)AFM-headNTEGRAuniversalplatformSamplescanningstage(100x,1.4NAobjectiveinside)Fullyfunctional“AFM+3DconfocalRamanmicroscope”system什么是SPM扫描隧道显微镜(STM)；原子力

3、显微镜（AFM）；横向力显微镜（LFM）；静电力显微镜（EFM）;磁力显微镜（MFM）；扫描电容显微镜（SCM）；扫描近场光学显微镜（SNOM）;扫描开尔文显微镜（SKM）；导电原子力显微镜（C-AFM）；SPMSFMSPM的特点高空间分辨率（原子、分子，纳米）局域、实空间成像（表面三维）获取信息多样化(电、磁、力、光等等）工作环境多样化（真空、大气、液体）使用方便、经济便宜可以进行纳米加工和操纵SPM的应用领域物理学和化学：研究原子之间的微小结合能，制造人造分子；晶体生长过程、表面物质沉积过程；生物：可对DNA、染色

4、质结构、蛋白质/酶反应、蛋白质吸附，生物大分子对细胞表面抗原和细胞内反应、细胞的运动和形态、染色体结合的解开和信号超导过程，膜、病毒等等进行原位成像和研究；材料学：主要应用于材料表面的观测和研究，如金属、合金、薄膜、液晶及高分子材料等；医学：可以成为介观操作的强有力的手段，其应用领域涉及药物、药理、免疫、诊断及治疗等学科；化学：可以作为一种有效的原位探测工具，在原子级水平上研究表面化学反应，同样也可以观测表面化学反应的原子级变化。微电子：加工小至原子尺度的新型量子器件，可应用于大规模集成电路（IC）的检测，研究IC的局

5、域电特性，并可用于超高密度的信息存储和读取的研究；SPM的原理和组成STM简介时间：1982人物：G．BinningandH．Rohrer事件：人类第一次能够实时地观察单个原子在物质表面的排列状态和与表面电子行为有关的物理化学性质意义：在表面科学、材料科学等领域的研究中具有重大的意义和广阔的应用前景，被国际科学界公认为二十世纪八十年代世界十大科技成就之一。后果：被授予1986年诺贝尔物理学奖。STM简介表面成像金：鲱鱼骨交叉重建imagesize:30nmx30nmMoS2Si(111)-7x7液晶在石墨表面STM操纵

6、隧道效应STM工作原理STM常用的两种工作模式恒流模式恒高模式扫描隧道谱STSI(z)曲线I(v)曲线原子力显微镜原理针尖与样品之间的相互作用AFM的主要成像力排斥力吸引力非接触区间间歇接触区间接触区间作用力距离原子间作用力与针尖-样品距离的关系AFM的操作模式接触模式（稳定的、高分辨率的图像）恒高模式恒力模式扩展电阻成像模式侧向力模式相位成像模式轻敲模式及其扩展技术轻敲模式SFM的分辨率分辨率取决于扫描时的参数：扫描速度、扫描范围和反馈控制针尖的尖锐程度决定了图像的分辨率垂直分辨率取决于整个系统的噪音水平，而系统的噪

7、音水平又与其设计密切相关两种针尖效应对分辨率有影响：1.由于针尖导致样品形变（特别是接触模式），使高度数据偏小；2.针尖展宽效应。多通道技术磁力显微镜静电力显微镜MFM和EFM的分辨率MFM和EFM是长程力，水平分辨率随着抬高距离的增加而降低其分辨率通常受限制于抬高高度最低的抬高高度应不小于表面的粗糙度MFM的极限分辨率为20nmMFM通常所能达到的分辨率为50nmMFMimagesofpermalloystripesMFMimages(phase)offourpermalloystripes(a,c,e,g)with

8、adifferentform-factor.Theinterpretationofobservedmorphologyisshowninfigures(b,d,f,h)andcorrespondstoclassicaldomainstructure.MFMofadomainstructureofagarnetfilm38x38μm