[發(fā)明專利]一種微球探針的制備方法和制備裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010330750.0
• 申請(qǐng)日: 2020-04-24
• 公開（公告）號(hào): CN111505344B
• 公開（公告）日: 2021-08-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 彭倚天;包啟帆
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東華大學(xué)
• 主分類號(hào): G01Q60/38
• 分類號(hào): G01Q60/38;B81C1/00
• 代理公司: 上海統(tǒng)攝知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31303
• 代理人: 杜亞

本發(fā)明涉及一種微球探針的制備方法和制備裝置，制備方法為：首先制備帶有微球和UV膠膠滴的載玻片，然后將帶有微球和UV膠膠滴的載玻片和探針懸臂上下布置，接著控制探針懸臂的尖端觸碰到UV膠膠滴，接著分離載玻片和探針懸臂，控制載玻片上單個(gè)分散的微球顆粒與探針懸臂上的理想位置處的UV膠膠滴接觸，最后再次分離載玻片和探針懸臂，固化UV膠制得微球探針；制備裝置包括光學(xué)顯微鏡、載玻片I、手動(dòng)三軸組合臺(tái)、探針固定裝置和UV固化燈。本發(fā)明的方法操作簡(jiǎn)便，裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有效解決了現(xiàn)有技術(shù)的微球探針的制備方法存在的操作復(fù)雜、制備成功率較低、探針懸臂尖端膠水含量及微球所處位置不可控、平臺(tái)搭建成本較高等問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于AFM微球探針的制備加工領(lǐng)域，涉及一種微球探針的制備方法和制備裝置，特別涉及一種在光學(xué)顯微鏡下完成在探針懸臂上粘取微球顆粒從而制得AFM微球探針的方法和裝置。

背景技術(shù)

原子力顯微鏡(atomic force microscope；AFM)自發(fā)明以來已成為納米摩擦領(lǐng)域研究的一個(gè)重要工具，用于研究納米尺度下樣品表面的相互作用，并提供準(zhǔn)確的材料性能信息，如彈性、粘附、表面電位或表面電荷密度等。AFM最常用來量化粒子接近表面時(shí)所產(chǎn)生的力。AFM探針作為AFM重要的組成部分，其針尖形狀通常是圓錐形或者是金字塔形，尖端的曲率半徑范圍在1～10nm。由于實(shí)驗(yàn)過程中，探針針尖存在磨損的情況，因此其針尖尖端的大小和形狀將難以測(cè)量。除此之外，傳統(tǒng)的AFM針尖只能模擬單一粗糙度接觸，并且會(huì)造成一個(gè)不存在MEMS設(shè)備中的高接觸壓力，從而會(huì)影響摩擦、粘附、磨損及其他性能，最終導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果無法運(yùn)用到實(shí)際應(yīng)用中。

微球探針技術(shù)自Ducker等人提出后，就成為研究二維材料表面力的一種成熟而有力的工具。微球探針是指AFM懸臂的尖端被具有明確空間尺寸和物理特性的微球粒子所取代。微球顆粒的半徑一般在個(gè)位數(shù)微米的范圍內(nèi)，比常規(guī)傳統(tǒng)AFM針尖的尖端半徑約大2個(gè)數(shù)量級(jí)。因此，微球探針可以減少由于探針幾何形狀變化及高接觸壓力帶來的實(shí)驗(yàn)的不確定性和數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確性。此外由于微球探針有更大的相互作用面積，因此其信噪比更高，廣泛的運(yùn)用于微顆粒表面之間，諸如范德華力、靜電力、毛細(xì)力在內(nèi)的各種形式的表面力的測(cè)量。微球探針技術(shù)是一種簡(jiǎn)單、直接、高分辨率的方法，非常適合用來研究新型二維納米材料表面力。

微球探針針尖的粘結(jié)方法大體上可以分為兩種，一種是通過高溫熔融燒結(jié)將微球固定在懸臂上；另一種是通過化學(xué)膠粘結(jié)的方法將微球粘在懸臂上。化學(xué)膠粘結(jié)法是將微球和探針懸臂用膠水結(jié)合，完成微球探針的制作。基于該原理的制備方法主要有雙線法、懸臂移動(dòng)法、雙向三維移動(dòng)平臺(tái)粘結(jié)法。

文獻(xiàn)1(Measurement of forces in liquids using a force microscope[J].Langmuir,1992,8(7):1831-1836.)首先使用雙線法(Dual-wire technique)來制備微球探針。在光學(xué)顯微鏡的觀察下，將探針固定在特制的夾具上，探針懸臂朝上，使用三維移動(dòng)機(jī)械手移動(dòng)一根很細(xì)的金屬絲(光纖、微移液管等)來蘸取少量UV膠水，然后將金屬絲上的UV膠水轉(zhuǎn)移到探針懸臂的頂端，接下來用另外一根金屬絲在毛細(xì)力的作用下拾起一個(gè)微球，把微球放置在探針懸臂上的膠點(diǎn)上。雙線法適用于處理無針尖懸臂，因?yàn)闊o針尖懸臂有利于UV膠的蘸取和微球位置的確定。但這項(xiàng)技術(shù)有幾個(gè)缺點(diǎn)：第一，由于微球和金屬絲之間毛細(xì)力非常的薄弱，導(dǎo)致微球探針的制備成功率不高；第二，金屬線必須保持干凈，避免微球表面的污染；第三，利用雙線法制備微球探針，由于金屬線和懸臂的尺寸過小，很容易造成金屬線和懸臂的損壞。