三探针原子力显微镜系统技术方案

三探针原子力显微镜系统，涉及一种气液通用光路不变型三探针原子力显微镜系统，解决现有原子力显微镜系统存在集成度低，导致AFM在进行某些操作时出现误差，在光路调节过程中，导致生物样品的活体检测工作效率低等问题，包括光学显微镜模块和样品台扫描反馈模块；还包括三个以样品台为中心成120°设置的探针扫描反馈模块；所述光学显微镜模块放置在样品台扫描反馈模块上方；本实用新型专利技术气液两用光路不变型三探针操纵原子力显微镜结构简单，既可以在气相中测量成像，又可以在液相下对样品进行成像操纵，尤其光路由气相进入液相时不会改变，很好的解决了液相下光路的调节问题，大大的提高了效率，有望在生物科技领域得到广泛应用。

Three probe atomic force microscope system

The three probe atomic force microscopy system involves a gas liquid universal optical path non variant three probe atomic force microscope system, which solves the low integration degree of the existing atomic force microscope system, resulting in the error of the AFM in some operation and the low efficiency of the living body detection in the biological sample during the light path adjustment process. The problem, including the optical microscope module and the sample table scan feedback module, also includes three probe scanning feedback modules, which are set at the center of the sample table for 120 degrees, and the optical microscope module is placed above the sample table scan feedback module; the utility model is used to manipulate the atomic force microscope structure of the gas liquid dual use optical path non variant three probe. Simple, it can measure imaging in the gas phase, and can manipulate the sample in liquid phase, especially when the light route into liquid phase will not change. It solves the problem of adjusting the optical path in liquid phase, greatly improves the efficiency, and is expected to be widely used in the field of biological science and technology.

【技术实现步骤摘要】
三探针原子力显微镜系统
本技术涉及一种三探针原子力显微镜系统，具体涉及一种气液通用光路不变型三探针原子力显微镜系统。
技术介绍
随着现代科学技术的快速发展，人们对微观领域的探求也在不断深入。基于微机电系统(MEMS)的微纳操纵技术的兴起，使人类的认识从宏观世界深入到分子、原子水平。微纳操纵技术是目前纳米技术发展的关键技术之一。微纳操纵技术的研究与开发将成为未来纳米技术的一个重要发展方向。所谓微纳操纵技术，是指操纵性质不同的微米或纳米尺度的物体，其操纵精度在微纳米级，包括对微纳操纵对象的寻找、定位、抓取、移动、跟踪、释放、推、拉、切割、弯曲、扭曲等操作。微纳操纵技术是当前先进制造技术、生命科学技术及材料科学技术等领域的重要发展方向。作为一门多学科交叉前沿领域，实现了微米、亚微米与纳米尺度的物质特性的测量及形态结构的表征。在微纳尺度下，物质会展现出与宏观不同的、新颖的物理或化学特性，这将引导人类社会几乎所有工作、生活领域产生革命性的变化。此外，微纳操纵技术对于制造“更小”、“更轻”、“更快”功能器件、材料及装置提供更多潜在的可能性。同时，微纳操纵技术的迅猛发展，将为人类探索微观领域提供重要分析手段，从而为人类揭开微观世界的神秘面纱。在众多微纳操纵方法中，基于原子力显微镜(AFM,AtomicForceMicroscope)的微纳操纵技术以其独特的工作原理脱颖而出，由于其对工作环境、样品尺寸、类型、属性等指标要求宽泛使其广泛应用于各个领域。尤其是能够实现体外模拟生理环境下活细胞的研究，更使其在生命科学领域显示出巨大优势。然而，通过对商业化原子力显微镜的使用了解发现，一些商业化原子力显微镜在进行生理环境下成像或操纵工作时出现系统调节困难、生物样品操作效率低等问题，主要表现为：1)扫描时需要更换扫描探头，由于其结构设计等因素使气相下工作的扫描探头不适用于液相工作，导致系统集成度不高；2)一些生物型的原子力显微镜多数采用与倒置光学显微镜结合，样品的观测和操作并不是同一面，这会导致AFM在进行某些操作时出现误差；3)在光路调节时，由于由气相进入液相中光路会改变，在液相中往往需要花费大量时间调节光路，导致生物样品的活体检测工作效率低。
技术实现思路
本技术为了解决现有原子力显微镜系统存在集成度低，导致AFM在进行某些操作时出现误差，在光路调节过程中，导致生物样品的活体检测工作效率低等问题，提供一种三探针原子力显微镜系统。三探针原子力显微镜系统，包括光学显微镜模块和样品台扫描反馈模块；还包括三个以样品台为中心成120°设置的探针扫描反馈模块；所述光学显微镜模块放置在样品台扫描反馈模块上方；所述样品台扫描反馈模块包括第一X轴步进电机、第一Y轴步进电机、第一Z轴步进电机、第一XYZ轴压电陶瓷和样品池；所述第一X轴步进电机(2004)、第一Y轴步进电机、第一Z轴步进电机组成第一微米级位移平台，第一XYZ轴压电陶瓷通过螺丝固定在第一微米级位移平台上，样品池放置在第一XYZ轴压电陶瓷上，所述第一微米级位移平台和第一XYZ轴压电陶瓷与计算机连接；在其中一个探针扫描反馈模块上固定玻璃窗和夹持装置；每个探针扫描反馈模块包括第二X轴步进电机、第二Y轴步进电机、第二Z轴步进电机、第二XYZ轴压电陶瓷、摆动平台、第一XYZ轴手动位移平台、第二XYZ轴手动位移平台、探针架、激光器、PSD和反射镜；所述第二X轴步进电机、第二Y轴步进电机和第二Z轴步进电机通过螺丝固定并构成第二微米级位移平台，摆动平台固定在第二微米级位移平台上，XYZ轴压电陶瓷固定在摆动平台上，探针架固定在第二XYZ轴压电陶瓷上，在所述探针架上方设置第一XYZ轴手动位移平台和第二XYZ轴手动位移平台，所述第一XYZ轴手动位移平台用于PSD位置的微调，第二XYZ轴手动位移平台用于激光器的微调，反射镜夹持在探针架上，玻璃窗设置在探针架上，第二微米级位移平台及第二XYZ轴压电陶瓷与计算机连接。本技术的工作原理：被操纵样品放在具有三维扫描运动能力的样品台上，样品台的XYZ压电陶瓷以及XYZ方向的步进电机可以带动样品台做XYZ方向的大范围、高精度位移运动。三个探针扫描反馈模块以样品台为中心成120°角围绕在样品台四周，XYZ方向电控步进的第二微米级位移平台以及第二XYZ轴压电陶瓷可以实现探针扫描反馈模块的XYZ方向大范围、高精度的运动，摆动平台用来控制探针的倾斜角。探针架上集成光电探测模块，激光器通过连接块连接在手动位移台上，手动位移台为XYZ向微米级位移台。同理PSD也通过连接杆连接在另一个手动位移台上。特别的玻璃窗会安装在其中一个探针扫描反馈模块上，探针架上有反射镜的夹持装置，反射镜以与水平面成33.5°角放置。激光器发出波长为670nm的可见红光，经过反射镜反射后与水平面成23°角入射到入射窗口上，由于入射窗口面与入射光垂直，所以光线不会发生折射从而使光斑打到探针悬臂上，通过调节与激光器连接的手动位移平台，把光斑调节到最小，光线反射后从出射窗口出射，同理出射窗口与水平面成45°角，光线与出射窗面垂直不会发生折射从而出射到PSD上，PSD与计算机相连，将光信号转换为电信号，通过调节与PSD连接的手动位移平台，将PSD所接受的电信号SUM值调为最大，U-P、L-R值调为0。三个探针扫描反馈模块共用玻璃窗，光路原理相同。光学成像模块则放置在样品台的正上方，CCD与计算机相连，可以将图像在计算机上呈现，通过手动调节变倍镜筒，将焦平面调节到所需位置处。系统工作时，首先，光学显微镜模块定位到三个探针的悬臂尖端，如果探针针尖不在视野范围内，通过调节各个系统的位移平台装置使三个探针悬臂同时出现在视野范围中。然后将三个探针扫描反馈模块的光路调节好，保证PSD接收到的光信号达到进退针要求。光路调节完成后，将样品放置在样品台上，通过控制样品台扫描反馈系统的步进电机及其压电陶瓷将样品调节至显微镜视野范围内。至此，整个系统相当于有四个可以操纵的自由度系统，分别为三个探针扫描反馈模块及其样品台扫描反馈模块，各个操纵既可以独立工作互不影响，又可以相互配合完成对目标的移动，拉扯等操作。例如需要对目标进行移动操作时，首先控制第一探针反馈模块与样品台扫描反馈模块，两个模块都可以进行大范围、高精度的位移，两个模块相互配合使探针操纵模第一探针反馈模块到达操纵位置。接着分别控制第二探针反馈模块、第三探针反馈模块，通过两个模块的位移调节装置移动到所需位置，接下来就可以完成对样品的操纵。本技术的有益效果：1、本技术中的玻璃窗是经过特殊设计的，入射光线垂直于玻璃窗入口面，反射光线垂直于玻璃面出口面。当光路部分由气相进入液相下时，入射光线不会由于液体发生折射，所以光路不会改变，大大的提高的光路的调节效率。2、本技术中，将激光器、探针架以及PSD集成在一起，当探针运动时激光器与PSD会与其一起运动，大大的减小了测量操作误差。3、本技术中的样品台扫描反馈模块以及探针扫描反馈模块都可以独自进行扫描或反馈，既可以实现样品台XY方向扫描Z方向反馈，探针XY方向扫描Y方向反馈的工作模式，又可以实现探针XY方向扫描、样品台Z方向反馈或者样品台XY方向扫描、探针Z方向反馈的工作模式。4、探针扫描反馈可以独立本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.三探针原子力显微镜系统，包括光学显微镜模块(1)和样品台扫描反馈模块(2)，其特征是；还包括三个以样品台为中心成120°设置的探针扫描反馈模块；所述光学显微镜模块(1)放置在样品台扫描反馈模块(2)上方，所述样品台扫描反馈模块(2)包括第一X轴步进电机(2004)、第一Y轴步进电机(2005)、第一Z轴步进电机(2003)、第一XYZ轴压电陶瓷(2002)和样品池(2001)；所述第一X轴步进电机(2004)、第一Y轴步进电机(2005)、第一Z轴步进电机(2003)组成第一微米级位移平台，第一XYZ轴压电陶瓷(2002)通过螺丝固定在第一微米级位移平台上，样品池(2001)放置在第一XYZ轴压电陶瓷(2002)上，所述第一微米级位移平台和第一XYZ轴压电陶瓷(2002)与计算机连接；在其中一个探针扫描反馈模块上固定玻璃窗(3015)和夹持装置；每个探针扫描反馈模块包括第二X轴步进电机(3007)、第二Y轴步进电机(3008)、第二Z轴步进电机(3009)、第二XYZ轴压电陶瓷(3010)、摆动平台(3006)、第一XYZ轴手动位移平台(3003)、第二XYZ轴手动位移平台(3004)、探针架(3011)、激光器(3014)、PSD(3012)和反射镜(3013)；所述第二X轴步进电机(3007)、第二Y轴步进电机(3008)和第二Z轴步进电机(3009)通过螺丝固定并构成第二微米级位移平台，摆动平台(3006)固定在第二微米级位移平台上，XYZ轴压电陶瓷(3010)固定在摆动平台(3006)上，探针架(3011)固定在第二XYZ轴压电陶瓷(3010)上，在所述探针架(3011)上方设置第一XYZ轴手动位移平台(3003)和第二XYZ轴手动位移平台(3004)，所述第一XYZ轴手动位移平台(3003)用于PSD(3012)位置的微调，第二XYZ轴手动位移平台(3004)用于激光器(3014)的微调，反射镜(3013)夹持在探针架(3011)上，玻璃窗(3015)设置在探针架(3011)上，第二微米级位移平台及第二XYZ轴压电陶瓷(3010) 与计算机连接。...

【技术特征摘要】
1.三探针原子力显微镜系统，包括光学显微镜模块(1)和样品台扫描反馈模块(2)，其特征是；还包括三个以样品台为中心成120°设置的探针扫描反馈模块；所述光学显微镜模块(1)放置在样品台扫描反馈模块(2)上方，所述样品台扫描反馈模块(2)包括第一X轴步进电机(2004)、第一Y轴步进电机(2005)、第一Z轴步进电机(2003)、第一XYZ轴压电陶瓷(2002)和样品池(2001)；所述第一X轴步进电机(2004)、第一Y轴步进电机(2005)、第一Z轴步进电机(2003)组成第一微米级位移平台，第一XYZ轴压电陶瓷(2002)通过螺丝固定在第一微米级位移平台上，样品池(2001)放置在第一XYZ轴压电陶瓷(2002)上，所述第一微米级位移平台和第一XYZ轴压电陶瓷(2002)与计算机连接；在其中一个探针扫描反馈模块上固定玻璃窗(3015)和夹持装置；每个探针扫描反馈模块包括第二X轴步进电机(3007)、第二Y轴步进电机(3008)、第二Z轴步进电机(3009)、第二XYZ轴压电陶瓷(3010)、摆动平台(3006)、第一XYZ轴手动位移平台(3003)、第二XYZ轴手动位移平台(3004)、探针架(3011)、激光器(3014)、PSD(3012)和反射镜(3013)；所述第二X轴步进电机(3007)、第二Y轴步进电机(3008)和第二Z轴步进电机(3009)通过螺丝固定并构成第二微米级位移平台，摆动平台(3006)固定在第二微米级位移平台上，XYZ轴压电陶瓷(3010)固定...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘鹤峰，王作斌，葛增辉，宋正勋，翁占坤，
申请(专利权)人：长理纳米生物技术长春有限公司，
类型：新型
国别省市：吉林,22