利用原子力显微镜技术(AFM)研究柔软样品特别是生物分子的力学性质是当前生物物理的热点之一,但在柔软样品的压弹性(例如高度测量)方面的研究结果远离实际情况.一个相当重要的原因是因为目前AFM技术本身的限制.例如目前的AFM技术测量得到的空气中DNA分子的高度约0.7～0.8nm,而普遍接受的DNA分子的直径约2nm.利用我们发展的振动模式扫描极化力显微镜(VSPFM)技术,测得在空气中双链DNA分子(dSDNA)的高度在1.3nm左右.研究表明,对比目前的AFM技术,VSPFM具有针尖与样品相互作用力极小、作用力可以精确控制、几种工作模式可以自由稳定切换等优势,非常适合于柔软样品(尤其是生物分子)的表面局域弹性性质(如高度测量)的研究.

振动模式扫描极化力显微镜采用一种新的扫描探针显微成像方式,它可以在极化力介导的非接触方式和轻敲方式之间自由切换.在极化力介导的非接触方式中,极化力叠加在范德华力上,克服了一般的原子力显微镜(AFM)非接触模式中因成像力程太短而不容易稳定的缺点;通过调节针尖的高度,从极化力介导的非接触方式进入到极化力介导的轻敲方式,又能部分消除AFM轻敲模式中毛细力的干扰,还可以用比AFM轻敲模式中最小稳定成像力更小的力进行成像.针尖的高度可以通过调节Asp(Amplitude setpoint)或插入扫描高度参数(lift scan height)来控制,这一方法简单易行.利用这一模式对胶体金颗粒和DNA的高度进行测量,在一定程度上证明了轻敲模式中针尖压力的确会造成柔软生物样品的变形.