聚合物材料是当前科学研究的重点区域，在纳米尺度上表征聚合物、了解材料的纳米结构和特性十分重要。传统的原子力显微镜成像模式对于具有陡峭边缘或软、粘或松散附着在表面的样品存在不足[1-2]，在测量软性样品时可能会导致样品发生变化，影响测量结果。布鲁克JPK 原子力显微镜发布了新的成像模式定量成像(QI™)，在测试过程中无需施加任何横向力，并允许用户控制每个像素的垂直力，保证测试结果更加精确。
定量成像(QI™)
布鲁克生物型原子力显微镜结合PeakForce Tapping和QI™的定量纳米力学技术可确保不超过设定的力施加到样品上，该工作原理可以轻松对软材料成像：如水凝胶或生物分子、粘性样品、聚合物或细菌、纳米管、流体中的病毒颗粒、粉末或MEMS结构。QI™可以在任何环境下使用，不受样品几何形状的限制，也不需要特殊的悬臂即可进行测试，可以叠加复杂网络结构的聚合物力学性能和高度信息输出三维图像，保证测试结果直观且精确。
应用案例
1.Celgard®隔膜
Celgard®是一种市售微孔膜，作为隔膜广泛应用在锂电池中，这种隔膜是由单层聚丙烯通过特殊的干拉伸工艺生产的。这些材料通过其高的表面体积比和显著的光纤互连性表现出优异的性能。利用原子力显微镜QI™对纤维密度、网络结构、微尺度间隙和纤维厚度进行研究，克服了传统间歇接触模式成像纳米纤维的难题。例如其柔软性和三维孔状结构，通过施加在单个纤维上的力可以高精度地控制测量，从而保持整体不发生形变。
(a) Celgard®结构的高度图像；(b)力距曲线，可提取坡度、附着力等定量数据；(c)Celgard®三维弹性信息叠加图
2.纳米纤维网络
纳米纤维网络是在醋酸中以11wt%的PCL和2wt%的TEA溶液静电纺丝而成的。不同弯曲角度的卷曲纳米纤维在该结构中随机排列，复杂的结构导致成像难度较大，通过QI™对其进行三维成像，借助该模式定量纳米力学可以清楚且精确的观测到纤维密度较高的区域具有较高的弹性值，有助于对提升材料性能提供研究思路。
（a）纳米纤维的高度图像，深沟可以限制分辨率分辨；(b)三维形貌与弹性信息的对应叠加图
聚合物由于其复杂的结构特性和力学特性使得表征分析成为难题，原子力显微镜QI™模式可以精确有效的以定量纳米力学对聚合物材料进行表征，通过精确的力学控制弥补扫描电镜、透射电镜的表征的不足，不影响材料本身的前提下以三维图像叠加力学特点呈现测试结果，为研究聚合物力学性能提供新方法。
总结
聚合物结构和结晶是原子力显微镜测量的重点领域，在不同条件下可以看到表面和结构以及材料性能差异。对于聚合物成像，原子力显微镜具有高分辨率和稳定性保证成像效果。除此之外，布鲁克JPK提供了特别设计的加热装置及，可以在加热过程中以最小的横向或垂直漂移实现高分辨率扫描，为聚合物类材料的分析提供了更宽更广的平台。
参考文献：
[1] Gadegaard N.: Atomic force microscopy in biology: technology and techniques, Biochemistry and Histochemistry 81: 87-97, 2006
[2] Braga, P.C., Ricci, D.: Atomic Force Microscopy: Biomedical Methods and Applications, Hamana Press Inc., Totowa, 2004
本文数据来源于《布鲁克网站》
仪器推荐
产品介绍
NanoWizard® 4 XP生物型原子力显微镜在一个系统中可提供原子分辨率，高达150行/秒的快速扫描以及100µm大扫描范围。即使置于倒置光学显微镜上，对从单分子到活细胞和组织的样品进行长期实验，其具有优异的机械和热稳定性。
主要特点：
■具有快速扫描选项，高可达每秒150行，可用于跟踪动态过程
■标配Bruker PeakForce Tapping技术
■大扫描范围，100 × 100 × 15 µm3，且在倒置显微镜上具有原子晶格分辨率
■全新的基于工作流程的用户界面，符合人体工程学设计，易于操作
■新增Tiling拼接功能，可与HybridStage一起自动映射大样品区域
■增强的DirectOverlay 2模式用于精准与显微镜关联
■全新的Vortis 2控制器，具有高速低噪音DAC位置传感器读取技术
■高的灵活性和可升级性，拥有广泛的模式和配件
