本论文阐述了振动模式扫描极化力显微镜（vibrating mode scanning polarization force microscopy,VSPFM）的原理、构造及其在生物大分子（如DNA和抗体分子）测量上的应用。 VSPFM中是在导电的原子力显微镜（atomic force microscopy,AFM）的针尖上加一偏压，由于样品表面的极化，在针尖和样品之间诱导形成电场，这个电场力又称为极化力。与范德华力相比，极化力更强，其作用距离也更远，它叠加在范德华力上，扩大了针尖与样品的距离。与以往的扫描极化力显微镜SPFM的不同之处在于，VSPFM的针尖是在一驱动频率下振动。 本实验通过调节相关参数，如偏压、amplitude setpoint(A_sp)的大小，实现了针尖高度在极化力介导下的非接触方式和轻敲方式之间的自由切换。在VSPFM的非接触方式中，长程的极化力叠加在范德华力上，这就克服了AFM非接触方式中范德华力力程太短而成像不稳定的缺点；在极化力介导的轻敲方式中，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。 VSPFM中，针尖与样品的间距一般在几纳米范围内，范德华力在成像的力中仍占相当一部分；特别是在极化力介导的非接触方式和轻敲方式的转折点处，范德华力还是主要成像力，而极化力起稳定作用。这是与一般的静电力显微镜不同的。 在生物分子的AFM成像上，虽然轻敲模式比接触模式横向剪切力更小，对样品的移动和破坏也更小，但针尖压力仍然存在，使柔软的生物分子发生了很大的变形，成像高度通常小于它们的直径。这种压力实际上是样品原子和针尖原子间的排斥力，所以在AFM轻敲模式中测量柔软样品的高度存在一定问 摘要题。本文提供了一种新的基于VSPFM的测量衬底上柔软样品高度的方法，可以在一定程度上消除针尖压力的影响，使测量更为精确。 本文工作采用了VSPFM测量生物分子高度的两种方法: 一是在主扫描中通过改变As。来改变针尖的高度·首先在空白区域定点扫描图内得到As。的变化值与针尖在z轴上位移的关系;然后在待测样品表面将Asp的值不断减小，这时针尖就不断趋近样品;从样品的上表面开始到衬底表面结束，从As。的变化值能够计算出样品的高度· 二是通过调节Lift模式下的扫描高度参数来改变针尖高度。在主扫描中维持针尖在一个恒定的高度;而在插入扫描中，不断减小扫描高度参数;从样品的上表面开始到衬底表面结束，扫描高度参数的差值就是样品的高度。 本文应用VSPFM测量生物分子的高度，具有以下优势:静电力的导入扩大了针尖与样品的距离，使针尖在垂直方向上的移动更容易控制，可以在不同的高度上稳定成像:因为原子间的排斥力只在几个A的距离内起作用，针尖的抬升使排斥力迅速减小，也就使样品所受到的压力减小，所以发生的形变也随之减小，测得的样品高度更接近真实值。在本论文基础上发展出新的测量方法和测量装置与现有技术相比，装置结构比较简单，使用方便。 本实验在胶体金颗粒的高度测量上，发现VSPFM的结果与AFM轻敲模式得到的结果类似:而对于DNA分子和抗体分子CA125，在同样的针尖、样品和环境条件下，测量值比AFM轻敲模式所得到的结果要大得多。不同样品的结果不同，原因在于胶体金颗粒较为坚硬，在AFM针尖的压力下变形程度小，而DNA分子和抗体分子比较柔软，在针尖压力下变形程度大。 在高度测量的基础上，VSPFM进一步发展了对生物样品的弹性研究。AFM摘要对细胞、细胞器及生物分子的弹性研究己经成为一个热点，但在小分子测量上，衬底的干扰不可忽略。VSPFM在测量小分子的弹性时，针尖对样品施加的力比以往的力曲线测量法小得多;在最小力处，针尖压力近似为零。这使得对小分子的测量更准确，因为此时可以避免衬底的影响。在DNA分子的弹性测量上，本论文突破了原有的轴向弹性模量测量的局限，尝试进行径向模量的测量。