生物納米壓痕儀與原子力顯微鏡

生物納米壓痕儀相對于原子力顯微鏡(AFM)的優點

1. 性能優勢：模量測試下限更低，可以測試更軟的樣品。

生物納米壓痕儀的模量測試范圍下限低至 5 Pa，而AFM在千帕級別已經波動很大，數據質量較差。其原因是多方面的，生物納米壓痕儀和AFM雖然都是懸臂梁式壓頭，但對于極軟物質的測試，壓痕儀探針進行了多重優化。

1. 噪聲更低。原子力顯微鏡采用的是激光三角反射式杠桿，光杠桿除了反映探針懸臂梁背景噪音，還把激光的位置噪音耦合到光杠桿上，從而導致四象限傳感器上獲得的信號背景噪音很大。隨著力學測量精度提高，耦合噪音影響不斷增大。生物納米壓痕儀采用的是激光干涉儀垂直檢測壓頭形變，震動對光程差的影響幾乎不存在，所以整體的背景噪音較小。

2. 球形尺寸更大：原子力顯微鏡探針懸臂梁只有300 μm左右，所以最大只能承載20 μm直徑的球，而生物納米壓痕儀的探頭懸臂梁長度為毫米級別，可以承載半徑3-250 μm的頭部。越大的球，針尖壓強越小，對于軟物質力學測試而言，可以獲得更穩定的彈性形變過程。

3. 懸臂梁下壓角度更小：原子力顯微鏡探針針尖高度極其有限（不超過十幾個微米），為應對潛在的粗糙度問題，其裝針一般向下傾斜十余度。而每根針的長度會也會因品牌以及型號有所變化。激光光斑的原點調整位置會隨著每次使用有變動，所以探針的具體形變比例與壓電陶瓷位移的比例未知，探針過軟或者過硬的狀態也不得而知。故數據波動大。某些模量范圍固定的材料，憑借經驗即可，但其他未知的樣品，范圍難以把握。

   生物納米壓痕儀的探頭是平行于樣品的，所以對壓痕深度以及壓電陶瓷位移的比例掌握非常準確。預估樣品模量，判斷懸臂剛度（出廠時已經過標定）匹配關系，便可以得到準確而穩定的數據。

應用優勢：掃描范圍大，粗糙寬容度高，軟件易用

掃描范圍大：高達 12×12 mm 的掃描范圍，遠遠大過AFM一般80-100 μm的范圍，AFM適合納米尺度，壓痕儀的優點在微觀乃至宏觀尺度。

粗糙寬容度高：特別對于一些無法拋光處理的生物樣品，壓痕儀探頭中間還有一個加長段，所以對樣品粗糙度要求不高，非常適合很多組織樣品等，大大降低了制樣要求。

軟件更便捷：不同于AFM的復雜操作，生物納米壓痕儀因其專業化設計，可以實現很簡單的操作。內置多種擬合計算模型，直接獲得數據。

力學測試功能更多：不僅可以控制探針下壓的位移(displacement)，也可以控制加載(load)以及壓痕深度(indentation)。可以實現蠕變(creep)以及松弛(relaxation)實驗。在此基礎上還加入了動態力學分析(DMA)模式：在樣品上施加不同頻率的震蕩激勵，以區分材料彈性以及粘彈性，獲得儲能模量以及損耗模量。這些功能都是AFM所不具備的。