近年來(lái)隨著納米科學(xué)的迅猛發(fā)展，推動(dòng)了材料學(xué)、電子學(xué)、生命科學(xué)等眾多學(xué)科的進(jìn)步與更新，這些為原子力顯微鏡廠商提供了更多機(jī)遇，當(dāng)然也提出了更高挑戰(zhàn)。然而，近二十年來(lái)，原子力顯微鏡(AFM)的分辨率似乎進(jìn)入了“瓶頸”。

　　2017年8月28日，島津“跨界拓新 見(jiàn)微知著”SPM-8100FM新品發(fā)布會(huì)隆重舉辦。SPM-8100FM是島津8000系列原子力顯微鏡產(chǎn)品線的最新款，8000系列是島津首先商品化的調(diào)頻模式高分辨率原子力顯微鏡。

　　新品發(fā)布會(huì)期間，儀器信息網(wǎng)編輯就SPM-8100FM的特點(diǎn)、適用領(lǐng)域，以及島津原子力顯微鏡產(chǎn)品的后續(xù)開(kāi)發(fā)方向等問(wèn)題采訪了島津公司X射線及表面分析產(chǎn)品經(jīng)理中島秀郎先生。

　　儀器信息網(wǎng)：島津首先商品化的調(diào)頻模式高分辨率原子力顯微鏡，從立項(xiàng)研制到面世期間經(jīng)歷了哪些有意義的事?

　　中島秀郎：我們?cè)跊Q定研發(fā)8000系列原子力顯微鏡產(chǎn)品的時(shí)候，是希望研發(fā)出一款在多種環(huán)境下能夠進(jìn)行高分辨觀測(cè)的儀器，如大氣、液體以及其他復(fù)雜環(huán)境中的觀察。在儀器研發(fā)出來(lái)、上市之前做評(píng)價(jià)試驗(yàn)時(shí)，卻突然發(fā)現(xiàn)了一個(gè)有意思的現(xiàn)象，即觀察到了固液界面的水化/溶劑化作用的分層結(jié)構(gòu)。當(dāng)時(shí)我們將這個(gè)研究?jī)?nèi)容在一些學(xué)術(shù)會(huì)議發(fā)表之后，引起了相當(dāng)多用戶的共鳴。這是開(kāi)發(fā)時(shí)沒(méi)有想到的一個(gè)小小的“插曲”，不過(guò)這個(gè)“插曲”造就了我們高分辨率的SPM-8000系列儀器一個(gè)重要的應(yīng)用領(lǐng)域。

　　固液界面的水化/溶劑化作用，具體而言就是觀察界面處液體的微觀分層。這個(gè)部位一般只有1個(gè)納米左右的厚度，但是具有2-5個(gè)分層。這種區(qū)別于整體結(jié)構(gòu)的特殊結(jié)構(gòu)很大程度上左右著固液界面的各種作用及變化，如液相內(nèi)的溶解、化學(xué)反應(yīng)、電荷轉(zhuǎn)移、浸潤(rùn)、潤(rùn)滑、熱傳導(dǎo)等。但是因?yàn)橐后w的流動(dòng)性，這個(gè)分層不僅非常薄而且作用力很弱，加之液體環(huán)境對(duì)探針懸臂振動(dòng)質(zhì)量因子的降低，因此無(wú)法使用傳統(tǒng)的調(diào)幅模式觀察。SPM-8100FM一方面通過(guò)調(diào)頻方式提高了對(duì)作用力的分辨率，另一方面通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)光杠桿檢測(cè)器降低了噪音，因此實(shí)現(xiàn)了對(duì)固液界面液體分層的觀察。

　　儀器信息網(wǎng)：2014年發(fā)布的SPM-8000FM是首個(gè)商品化調(diào)頻模式原子力顯微鏡產(chǎn)品，時(shí)隔三年，島津又推出了新品SPM-8100FM。那么，從8000到8100發(fā)生了哪些變化?

　　中島秀郎：自2014年推出SPM-8000FM后的三年時(shí)間里，我們對(duì)數(shù)十位用戶進(jìn)行了調(diào)研，用戶們提出了很多有建設(shè)性的問(wèn)題。針對(duì)調(diào)研結(jié)果研發(fā)團(tuán)隊(duì)有針對(duì)性的進(jìn)行了改進(jìn)，如SPM-8100FM的系統(tǒng)穩(wěn)定性和操作便利性都進(jìn)行了大幅提升。

　　關(guān)于操作便利性，新品進(jìn)行了專門設(shè)計(jì)，即針對(duì)傳統(tǒng)原子顯微鏡更換樣品前后需要繁瑣的調(diào)節(jié)激光操作，SPM-8100FM設(shè)計(jì)了滑動(dòng)式頭部機(jī)構(gòu)，更換樣品不會(huì)影響激光光路，快速換樣后可直接開(kāi)始掃描工作。不過(guò)雖然操作便利性有了一定提升，但是對(duì)操作人員的專業(yè)性等要求還是有的，目前還達(dá)不到“小白”級(jí)別。

　　另外，對(duì)于原子力顯微鏡，用戶一直“詬病”的是其掃描速度，為此新品中增加了高速掃描器，在保證圖像質(zhì)量不變的基礎(chǔ)上相對(duì)于傳統(tǒng)掃描器的速度提高了5倍以上。而且，對(duì)于實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)有SPM-8000FM的用戶來(lái)說(shuō)，也可以對(duì)儀器進(jìn)行升級(jí)。

　　雖然，這款新品在許多方面有了提升，但是，我們并沒(méi)有提價(jià)!

　　儀器信息網(wǎng)：與市場(chǎng)上同類產(chǎn)品相比，SPM-8100FM在硬件和軟件上有哪些特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)?

　　中島秀郎：從硬件上來(lái)說(shuō)，SPM-8100FM是一種調(diào)頻模式的原子力顯微鏡，其概念上就是完全不同的。相對(duì)于傳統(tǒng)的調(diào)幅模式，SPM-8100FM從原理上對(duì)作用力的分辨率就更高，其器件噪音水平降到了1/20以下。從軟件上來(lái)說(shuō)，我們?cè)O(shè)計(jì)了3D Mapping功能。通過(guò)3D Mapping首次觀察到了固液界面水化/溶劑化作用的液體分層結(jié)構(gòu)。

　　儀器信息網(wǎng)：此次新品發(fā)布會(huì)的主題為“跨界拓新 見(jiàn)微知著”，其中“見(jiàn)微知著”比較好理解，然而“跨界”是指什么呢?

　　中島秀郎：“跨界”意味著這款產(chǎn)品突破了兩個(gè)界限，首先是突破了環(huán)境對(duì)分辨率限制的界限，因?yàn)樵趶?fù)雜環(huán)境下傳統(tǒng)的顯微鏡分辨率很差，而SPM-8100FM仍然能夠達(dá)到類似真空條件下的分辨率。第二個(gè)是突破了固液的界限，大家都覺(jué)得原子力顯微鏡是“掃”固體的，而現(xiàn)在可以用這款新儀器“掃”某一類液體了，即固液交界面處的液體，也就是將原子力顯微鏡的應(yīng)用領(lǐng)域從固體拓展到了液體。

　　儀器信息網(wǎng)：一般來(lái)說(shuō)，廠商推出新產(chǎn)品是為了滿足用戶的新需求。那么，SPM-8100FM能夠滿足用戶的哪些新需求呢?

　　中島秀郎：從根本上而言，對(duì)現(xiàn)有原子力顯微鏡分辨率水平不滿的用戶都會(huì)是SPM-8100FM的潛在客戶。如果非要?jiǎng)澇鰩讉€(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域的話，應(yīng)該是生命科學(xué)領(lǐng)域和表面物理化學(xué)領(lǐng)域。生物大分子最佳的觀測(cè)環(huán)境是在溶液中，長(zhǎng)期以來(lái)這點(diǎn)影響了原子力顯微鏡在生命科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。那么對(duì)于需要在液體環(huán)境進(jìn)行高分辨觀察的用戶，可以考慮下SPM-8100FM。

　　儀器信息網(wǎng)：島津在原子力顯微鏡方面今后研發(fā)方向是什么?

　　中島秀郎：今后我們會(huì)繼續(xù)發(fā)揮我們產(chǎn)品高分辨的特點(diǎn)，拓展完善我們首創(chuàng)的調(diào)頻模式，使其分辨率更高、能夠更加準(zhǔn)確的進(jìn)行觀察測(cè)量。并且我們將在操作便利性方面多下功夫，讓其成為一款用戶愛(ài)用的經(jīng)典儀器。

　　而且，我們推出新產(chǎn)品是為了滿足用戶新出現(xiàn)的需求，而不是僅僅按照自己的想法研發(fā)儀器，讓用戶被動(dòng)的接受。所以，今后我們將持續(xù)關(guān)注用戶的動(dòng)態(tài)以及科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，研發(fā)滿足用戶需求的儀器來(lái)。