咨询热线

15011409066

当前位置:首页  >  技术文章  >  生物纳米压痕仪与原子力显微镜

生物纳米压痕仪与原子力显微镜

更新时间:2022-10-05      点击次数:608

What-is-Optics11-Life-Featured-1000.png


生物纳米压痕仪相对于原子力显微镜(AFM)的优点

  1. 性能优势:模量测试下限更低,可以测试更软的样品。

生物纳米压痕仪的模量测试范围下限低至 5 Pa,而AFM在千帕级别已经波动很大,数据质量较差。其原因是多方面的,生物纳米压痕仪和AFM虽然都是悬臂梁式压头,但对于极软物质的测试,压痕仪探针进行了多重优化。

  1. 噪声更低。原子力显微镜采用的是激光三角反射式杠杆,光杠杆除了反映探针悬臂梁背景噪音,还把激光的位置噪音耦合到光杠杆上,从而导致四象限传感器上获得的信号背景噪音很大。随着力学测量精度提高,耦合噪音影响不断增大。生物纳米压痕仪采用的是激光干涉仪垂直检测压头形变,震动对光程差的影响几乎不存在,所以整体的背景噪音较小。

  2. 球形尺寸更大:原子力显微镜探针悬臂梁只有300 μm左右,所以最大只能承载20 μm直径的球,而生物纳米压痕仪的探头悬臂梁长度为毫米级别,可以承载半径3-250 μm的头。越大的球,针尖压强越小,对于软物质力学测试而言,可以获得更稳定的弹性形变过程。

  3. 悬臂梁下压角度更小:原子力显微镜探针针尖高度极其有限(不超过十几个微米),为应对潜在的粗糙度问题,其装针一般向下倾斜十余度。而每根针的长度会也会因品牌以及型号有所变化。激光光斑的原点调整位置会随着每次使用有变动,所以探针的具体形变比例与压电陶瓷位移的比例未知,探针过软或者过硬的状态也不得而知。故数据波动大。某些模量范围固定的材料,凭借经验即可,但其他未知的样品,范围难以把握。

    生物纳米压痕仪的探头是平行于样品的,所以对压痕深度以及压电陶瓷位移的比例掌握非常准确。预估样品模量,判断悬臂刚度(出厂时已经过标定)匹配关系,便可以得到准确而稳定的数据。

应用优势:扫描范围大,粗糙宽容度高,软件易用

扫描范围大:高达 12×12 mm 的扫描范围,远远大过AFM一般80-100 μm的范围,AFM适合纳米尺度,压痕仪的优点在微观乃至宏观尺度。

粗糙宽容度高:特别对于一些无法抛光处理的生物样品,压痕仪探头中间还有一个加长段,所以对样品粗糙度要求不高,非常适合很多组织样品等,大大降低了制样要求。

软件更便捷:不同于AFM的复杂操作,生物纳米压痕仪因其专业化设计,可以实现很简单的操作。内置多种拟合计算模型,直接获得数据。

力学测试功能更多:不仅可以控制探针下压的位移(displacement),也可以控制加载(load)以及压痕深度(indentation)。可以实现蠕变(creep)以及松弛(relaxation)实验。在此基础上还加入了动态力学分析(DMA)模式:在样品上施加不同频率的震荡激励,以区分材料弹性以及粘弹性,获得储能模量以及损耗模量。这些功能都是AFM所不具备的。