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分子与细胞生物学中的原子力显微镜 || 用于单细胞水平分子识别的原子力显微镜成像-力谱联用技术
摘要： 单细胞水平的分子识别是生物医学科学中日益重要的课题。借助原子力显微镜，可通过细胞表面受体与其配体的相互作用实现识别（包括细胞间黏附蛋白的鉴定）。通过结合形貌图像与局部力谱测量的粘附力作图技术，可确定特定相互作用的空间位置。另一项重要技术是同步记录细胞的形貌与识别图像（TREC成像），从而实时绘制细胞上特异性结合事件的空间分布。本综述聚焦这些分子识别方法的最新进展，并列举了不同生物及生物医学应用实例。
关键词： 分子识别、TREC成像、原子力显微镜、粘附力成像、生物医学应用
更新于2025-09-23 15:21:01
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功能化酞菁锌纳米结构的胶体光刻制备：利用扫描探针显微镜评估表面取向与尺寸
摘要： 采用胶体光刻结合有机硅烷溶液浸渍与气相沉积步骤，制备出具有纳米孔洞和纳米环的图案化阵列。通过胶体光刻制备的样品在整个表面区域内呈现出数百万个可重复的测试结构，这些结构根据粒子掩模的尺寸和间距呈周期性排列。利用原子力显微镜（AFM）观察纳米图案的尺寸与形貌，可获得纳米结构在抗蚀剂膜限定的空间区域内生长时化学反应渐进步骤的信息。研究使用胶体乳胶或二氧化硅球体表面掩模来?；i(111)基底上离散区域免受有机硅烷沉积。当移除掩模后，表面暴露出的规则形状微小区域可作为构建层级表面结构的后续反应位点。 以氨基末端纳米图案为结合位点构建了酞菁锌（ZnPcs）纳米结构。通过使用2-[甲氧基(聚乙二醇)丙基]三氯硅烷（PEO-硅烷）和十八烷基三甲基硅烷（OTMS）两种抗蚀剂膜，实现了ZnPcs在表面定向附着的空间选择性。所选连接分子（3-氨丙基）三乙氧基硅烷（APTES）在界面处呈现氨基基团。通常酞菁分子倾向于通过物理吸附以共面取向结合于表面，并可通过相邻大环间的π-π相互作用发生堆叠。然而取代基性质也会影响分子在表面是以侧向取向还是大环共面排列方式组装。 本研究选择的ZnPc大环上连接了羟基和异硫氰酸酯侧基，用以探究其与APTES纳米图案结合时的构象差异。通过轻敲模式AFM对纳米结构的尺寸与形貌进行可视化灵敏测量，利用力调制AFM绘制了ZnPc图案化样品的弹性响应图谱。纳米结构高度变化可指示大环是直立、平行于表面平面取向，或是形成了多层结构。
关键词： 原子力显微镜、胶体光刻、纳米图案化、酞菁
更新于2025-09-23 15:19:57
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机械顺应性有机单晶光学微波导的微操控
摘要： 柔性有机单晶正发展成为可用于有机光电子微电路信息传输的新型光波导材料。然而要将此类晶体波导集成到微电子器件中，需要实现微尺度下对其形状和尺寸的微型化及精确空间控制——目前这仍难以实现，因为这些易碎的小型物体在操控时极易开裂和碎裂。本研究证明原子力显微镜（AFM）可用于重塑、调整尺寸及重新定位单晶微波导，从而实现对光输出的空间控制。通过AFM悬臂梁探针，我们成功将三种N-亚苄基苯胺的机械顺应性针状微晶体弯曲至任意角度，沿最长轴切割成更薄晶体，截取任意长度的短晶体，并在固体表面移动。当激光激发时，这些弯曲微晶体可作为活性光波导传输荧光，其总传输光强取决于光程长度。这种AFM晶波导微操控技术具有非侵入性，弯曲后其发射光谱输出保持不变。该方法有效解决了微小精密物体（"粗手指"难题）常见的重塑与定位困难，可应用于有机光波导的机械重构，从而在光微电路中实现二维/三维空间输出控制。
关键词： 有机单晶、微操纵技术、N-亚苄基苯胺、原子力显微镜、光学波导
更新于2025-09-23 15:19:57
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利用自组装单分子层作为分子抗蚀剂，在硅基底上可控无电镀沉积贵金属以制备用于电子学与等离子体学的纳米图案化表面
摘要： 在硅表面进行贵金属的无电沉积技术在电子电路、金属电镀工业、光刻及其他制造工艺等领域具有广泛应用。此外，利用自组装单分子层（SAM）作为无电沉积抗蚀剂以实现可控沉积的研究，在推动纳米电子学、传感应用及基础研究发展方面展现出重要潜力。本文通过探究微观镀覆趋势，重点研究了在有机硅烷单分子层（作为定向金属沉积的抗蚀膜）存在条件下，实现Si(111)表面金/银金属可控沉积的镀液体系开发。实验在环境条件下监测了金属离子浓度、NH4F、柠檬酸、柠檬酸钠、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）及沉积时间等因素对Si(111)表面金/银无电沉积的影响规律，同时采用原子力显微镜（AFM）表征所得表面形貌，并通过紫外-可见光谱分析镀液稳定性。研究发现：当NH4F、柠檬酸浓度及沉积时间增加时，金/银沉积量均呈现上升趋势；PVP添加量和溶液pH值也对金属沉积具有显著影响。当NH4F浓度从常规镀覆条件降低时，十八烷基三氯硅烷（OTS）SAM膜能有效作为纳米级抗蚀层——特别是当NH4F浓度控制在0.02-0.50 M范围且金属离子浓度为0.001-0.020 M时，可在保留OTS?；で虻耐?，于裸露硅表面沉积金属纳米结构。
关键词： 自组装单分子层、原子力显微镜、银、可控金属沉积、金、无电沉积
更新于2025-09-23 15:19:57
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基于脉冲激光沉积技术生长的MoS2层的高性能紫外光电探测器
摘要： 采用脉冲激光沉积（PLD）技术制备了基于二硫化钼（MoS2）层的高效紫外（UV）光电探测器。通过改变激光脉冲次数，系统研究了单层至十层MoS2的光响应特性，以探究层数对光电测量的影响。通过拉曼光谱和光致发光（PL）测试确认了高质量MoS2层的生长——在100脉冲条件下生长的MoS2层显示出特征拉曼声子模（E12g和A1g分别位于383.8 cm-1和405.1 cm-1），其光致发光谱在625 nm附近呈现B激子峰，证实了高质量MoS2层的生长。原子力显微镜（AFM）厚度分析和截面高分辨透射电镜（HRTEM）显示生长层厚度分别为2.074 nm和1.94 nm，确认为三层MoS2结构。X射线光电子能谱（XPS）显示该三层样品具有钼硫双峰特征（Mo4+ 3d5/2,3/2和S 2p3/2,1/2），证实其纯MoS2相化学状态且无氧化钼存在。以氧化铟锡（ITO）为接触电极的动态光电测试表明：在24 μW入射激光功率（λ=365 nm）下获得3×104 A/W的优异响应度，在2 V低偏压下实现1.81×1014 Jones的超高探测率。这些成果为开发低功耗、高效率的MoS2基紫外光电探测器提供了重要依据。
关键词： 脉冲激光沉积技术（PLD）、二维材料、紫外光电探测器、ITO电极、截面透射电镜（TEM）、拉曼光谱、MoS2层、X射线光电子能谱（XPS）、原子力显微镜（AFM）
更新于2025-09-23 15:19:57
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纹理化硅太阳能电池中光捕获的可视化
摘要： 随机金字塔是商用单晶硅太阳能电池中最广泛使用的纹理结构，用于捕获近带隙能量的弱吸收光子。在模拟随机金字塔的光捕获性能方面已有稳步进展，包括将假设的金字塔底角从54.7°（理想随机金字塔）调整为与实测平均角度相符的更小数值。然而，现有模拟尚未考虑基底角分布（真实随机金字塔）的影响——而所有实际纹理化硅片都存在这种分布。本研究通过原子力显微镜测量获取纹理硅片表面的精确三维形貌图，并进行光线追迹，以此对比真实随机金字塔、理想随机金字塔和朗伯散射体的光捕获能力。计算显示：当光线在前后面之间多次反射时，每个反射周期内硅片内部光线的角分布函数（ADF）表明，正是由于基底角分布特性，真实随机金字塔的光捕获性能优于理想随机金字塔。特别值得注意的是，含有真实随机金字塔的硅片内部ADF仅需两次反射（即非吸收光重新到达前表面时）就演变为朗伯分布。此外，在窄入射角范围内，光线的总路径长度增强效应接近60倍——超过朗伯表面硅片的表现，但在斜入射角时仍略逊于朗伯参考值。
关键词： 原子力显微镜、随机金字塔结构、硅太阳能电池、光捕获、朗伯散射体、光线追踪
更新于2025-09-23 15:19:57
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通过针尖增强拉曼光谱实现纳米级共晶的表面表征
摘要： 原子力显微镜结合针尖增强拉曼光谱技术（AFM-TERS）被用于获取单纳米共晶体的结构与表面组成信息。为此，选用了由2,4,6,8,10,12-六硝基-2,4,6,8,10,12-六氮杂四环-[5.5.0.03,11.05,9]-十二烷（CL-20）与1,3,5,7-四硝基-1,3,5,7-四氮杂环辛烷（HMX）按2:1摩尔比（CL-20/HMX）构成的共晶体系。通过喷雾闪蒸法制备了CL-20/HMX纳米片，并采用粉末X射线衍射与原子力显微镜研究确保其共晶性与纳米结构特性。结果表明，虽然相干长度略短于实测粒径尺寸，但两者处于相近水平——这一事实说明纳米共晶体内部缺陷被最小化。共晶性还通过共聚焦拉曼光谱得到进一步验证：选取CL-20与HMX的特征标记峰，在CL-20/HMX光谱中呈现约2.5:1（CL-20:HMX）的强度比。随后运用AFM-TERS对单CL-20/HMX纳米片进行表面研究，TERS的表面敏感性揭示了CL-20与HMX的拉曼强度比在纳米片表面发生反转，由此推断纳米共晶体表面由HMX分子层构成。对目标标记振动简正坐标的理论近似计算支持该结论——该计算排除了因CL-20/HMX纳米片与拉曼散射系统间特定取向导致强度比反转的可能性?；诖朔⑾?，本文提出了一种冲击点火机制。
关键词： 表面表征、CL-20/HMX、原子力显微镜-针尖增强拉曼光谱、拉曼光谱、纳米共晶
更新于2025-09-23 15:19:57
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机械柔顺有机单晶光学微波导的微操控
摘要： 柔性有机单晶正发展成为可用于有机光电子微电路信息传输的新型光学波导材料。然而这类晶体波导在微电子学中的集成应用需要将其形貌与尺寸在微尺度下进行小型化调控与精确空间控制——目前这还难以实现，因为这类易碎、细小的晶体对象极易开裂或崩解，操控难度大。本研究证明：利用原子力显微镜（AFM）可实现单晶微波导的重塑、尺寸调整与位置迁移，从而对其光输出实现空间控制。借助AFM悬臂梁针尖，我们成功将三种N-亚苄基苯胺的机械顺应性针状微晶弯曲至任意角度，沿其最长轴向切削成更薄晶体，截取为任意长度的短晶，并在固体表面进行位移操作。当采用激光激发时，这些弯曲微晶作为活性光学波导器件能传导荧光信号，且传导光的总强度与光学路径长度相关。这种AFM晶体波导显微操控技术具有非侵入性特征，弯曲后其发射光谱特性保持不变。该方案有效克服了精密微小物体（"粗手指难题"）常见形貌改造与定位困难，可应用于有机光学波导的机械重构，从而在光微电路中实现对其二维/三维输出的空间精准控制。
关键词： 有机单晶、微操纵技术、N-亚苄基苯胺、原子力显微镜、光学波导
更新于2025-09-23 15:19:57
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操控与探测电隔离自组装分子结构中过剩电子的分布
摘要： 利用单个电荷及其相互作用进行计算已被提出作为未来纳米电子学的概念。在电隔离的原子尺度结构中控制和探测电荷转移是推动其实验实现的基础。我们在此可控地注入单个多余电子，并研究其在非导电基底上自组装结构中的分布。这种自组装确保了原子尺度的结构有序性。根据分子组装的电荷状态，通过原子力显微镜解析了分子间电子跃迁和特定电子分布，阐明了隧道耦合结构中的电荷转移路径。利用电荷间的相互作用，我们以单分子精度实现了对自组装结构中特定电荷分布的控制，为基于分子纳米结构的数据处理平台设计铺平了道路。
关键词： 自组装、原子力显微镜、耗散、单电子充电
更新于2025-09-23 15:19:57
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脉冲激光共沉积碳和硼制备掺硼石墨烯
摘要： 在石墨烯中掺杂硼等元素，对电化学、传感器、光伏和催化等诸多应用至关重要。目前已有多种制备硼掺杂石墨烯（BG）薄膜的方法，包括化学工艺。另一种能更好控制掺杂石墨烯薄膜中硼浓度的方法，是采用碳和硼固体源的脉冲激光共溅射，随后对沉积在金属催化剂上的硼掺杂碳薄膜进行快速热加热。通过在镍膜催化剂上进行脉冲激光沉积，合成了含2%原子比硼的非晶a-C:B薄膜。经1100°C快速热退火后形成硼掺杂石墨烯薄膜，其特性通过拉曼光谱、X射线光电子能谱、场发射扫描电子显微镜、高分辨透射电镜和原子力显微镜进行了表征。结果证实制备出了1-4层的硼掺杂石墨烯薄膜，其硼浓度（约2%原子比）与作为石墨烯固体前驱体的a-C:B相当。硼掺杂未改变石墨烯的纳米结构，但增加了薄膜中的缺陷浓度。本研究为采用激光加工以可控且可重复的方式合成硼掺杂石墨烯开辟了新途径，尤其有助于在各类电子和电化学应用中实现预期的电学与化学性能。
关键词： 拉曼光谱、硼掺杂石墨烯、脉冲激光沉积、快速热退火、高分辨透射电子显微镜、X射线光电子能谱、原子力显微镜
更新于2025-09-23 15:19:57