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纳米粒子的原子力显微镜

2022-9-9 14:34| 发布者: 光执事| 查看: 1289| 评论: 0

摘要: 这种先进工具的发展导致了研究生物系统的进一步进步应用,包括使用AFM获得具有高度先进分辨率的地形图像,例如纳米级分辨率。这种功能强大的显微镜对于研究人员来说是革命性的,他们可以探测并从各个领域的样品中获 ...

原子力显微镜(AFM)于1986年推出,用于实现无机表面的高分辨率图像。

图片来源:dominika zara/Shutterstock.com


  这种先进工具的发展导致了研究生物系统的进一步进步应用,包括使用AFM获得具有高度先进分辨率的地形图像,例如纳米级分辨率。这种功能强大的显微镜对于研究人员来说是革命性的,他们可以探测并从各个领域的样品中获得进一步的生物物理和生物力学信息。


原子力显微镜是如何工作的?

       AFM是一种扫描探针显微镜。它有一个3D定位扫描仪,可以调整尖端相对于样品的位置。


  连接到柔性悬臂的探针或尖端以尖端和样品之间的小排斥力扫描样品表面。吸头也可能在样品被移动时处于固定位置,称为扫描样品。当尖端在样品表面上移动时,可以通过光束的偏转产生详细的图像。


原子力显微镜如何在纳米技术领域使用?

  纳米材料是具有至少一个维度的颗粒,包含100nm或更小,或纳米颗粒,具有至少两个维度为1-100nm


  原子力显微镜的高分辨率特性使这种强大的工具能够成为纳米颗粒和纳米材料表征的理想选择,因为它提供了一系列物理性质的定性和定量数据。这些属性可以包括大小、形态和表面纹理,同时提供表面积和体积分布等统计信息。


  这种表面分析技术可用于各种样品类型,包括厚膜涂层,复合材料,玻璃,生物和合成膜,生物材料和微生物。

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  原子力显微镜的各种样本类型导致了不同领域的新方法和观点,包括纳米技术,纳米技术是一个多功能领域,有助于推动许多行业的发展,从医学,制药,电子和生物医学研究。


  一个这样的应用的一个例子可以包括开发用于药物递送的精密纳米颗粒。由于纳米颗粒的纳米尺度尺寸很小,这些工程纳米载体可以绕过并穿过生物屏障,否则这些屏障将阻止大的药物分子通过。这些颗粒的大小还可以确保与生物系统的自然相互作用,这可以帮助将药物靶向特定的关注领域。


使用原子力显微镜进行纳米颗粒表征的优势

  不断发展的纳米技术领域导致了新型纳米材料的快速增长,由于其在纳米尺度上独特的物理和化学性质,旨在推进各个领域。


  工程纳米技术项目发现,2006年至2011年间,基于纳米技术的产品库存增长了621%。据报道,2017年全球纳米技术市场价值也达到约490亿美元,预计这一增长将呈指数级增长。


  随着各种纳米材料和纳米颗粒的研究,以推进纳米技术在不同行业的应用,AFM的使用是不可或缺的。不同类型材料的表征可以帮助进一步推进纳米技术领域,该领域仍在受到限制和挑战。


  改进原子力显微镜以实现更广泛的使用


  这可以包括研究优化应用的最佳材料,例如壳聚糖,一种可持续且可生物降解的材料,可用于与体内生物系统的相互作用。


  其他挑战和担忧还包括确保纳米颗粒不会危害环境,因为基于纳米技术的消费产品的广泛使用可能不可避免地导致浪费。这可能会导致健康和环境风险,需要通过确保工程纳米颗粒通过AFM以评估这些颗粒的潜在毒性来达到最高程度的特征来减轻这些风险。


       AFM对于表征环境样品中的纳米颗粒和纳米材料是有利的,这可以确定颗粒尺寸,化学成分和浓度。这对于评估纳米颗粒和纳米材料在环境中的自然相互作用以及确保基于纳米技术的产品可生物降解,可持续和无毒至关重要。


使用原子力显微镜表征纳米颗粒的未来

  原子力显微镜是一种功能强大的表面分析工具,可用于提供高分辨率图像,当应用于纳米颗粒和纳米材料时,可用于推进从医学到电子学的各种领域。


  纳米颗粒和纳米材料的表征可能是推进纳米技术领域的关键组成部分,以确保产品在给定目的上具有高水平的功效,并对人类和环境健康都是安全的。


  通过对这些颗粒和材料的表面表征进行优化研究,可以确保使用最合适的材料和元素设计颗粒,以获得最大的效益。


参考文献和延伸阅读

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Goss JVolle C.2019)使用原子力显微镜来阐明微生物的生物物理特性。ACS Appl Bio Mater.3(1):143-155.https://doi.org/10.1021/acsabm.9b00973

MitchellM.J.BillingsleyM.M.HaleyR.M.等人(2021)用于药物递送的工程精密纳米颗粒。Nat Rev Drug Discov 20101–124https://doi.org/10.1038/s41573-020-0090-8

Torre BRicci DBraga P.2011)原子力显微镜的工作原理?分子生物学方法。3-18. https://doi.org/10.1007/978-1-61779-105-5_1

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