相關(guān)專利的相互參照本專利主張2010年8月13日美國申請的專利申請?zhí)柕?1/401,495的利益，這一專利的全部內(nèi)容作為參考被包含在本說明書中。發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明是關(guān)于顯微鏡的，特別地，本發(fā)明是關(guān)于用于納米尺度光譜分析的原子力顯微鏡的利用。政府支援本發(fā)明是根據(jù)在國立衛(wèi)生研究院授予的認(rèn)證號HG004431及HG004549的認(rèn)證下，根據(jù)政府支援完成的，美國政府對本發(fā)明具有所定權(quán)利。

背景技術(shù)：
原子力顯微鏡(AtomicForceMicroscopy；AFM)已成功適用于表面具有化學(xué)(chemical)1磁力(magnetic)2,3及靜電(electrostatic)4,5特性的納米尺度成像。這些顯微鏡依靠探測端(普遍為硅)適當(dāng)?shù)馗淖內(nèi)z測出所關(guān)心的特定特性然后把其轉(zhuǎn)換成一種可檢測的力。但是，除了在mK溫度下為檢測核磁共振而已使用的磁共振力顯微鏡(MagneticResonanceForceMicroscope)外，AFM的掃描力顯微鏡(AFMbasedscanningforcemicroscope)已被廣泛利用在研究納米尺度的材料特性上，而沒有利用到對檢測材料的光譜識(shí)別(spectroscopicidentification)。AFM適用于納米光譜分析的能力，將為材料學(xué)及生物學(xué)提供新的機(jī)會(huì)。在生物學(xué)領(lǐng)域，AFM可被應(yīng)用于分子細(xì)胞表面相互作用的研究，或應(yīng)用于下一代DNA堿基序列的測序技術(shù)(spectroscopicidentification)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
課題的解決手段第1實(shí)施例提供了包括可在物體內(nèi)生成分子偶極子/多極子(dipole/multipole)，在上述檢測尖端上使多重像力及力梯度發(fā)生的能量資源的具備了檢測尖端的以原子力顯微鏡為基礎(chǔ)的設(shè)備。在另一實(shí)施例中，上述原子力顯微鏡具有一種能量資源可放射出在頻率fm中調(diào)制出的能量束。第1實(shí)施例的另一具體形態(tài)中，上述能量資源是固定波長激光器(fixedwavelengthlaser)、可調(diào)諧激光器、磁發(fā)射器(magneticemitter)及電磁(electromagnetic)發(fā)射器。在第1實(shí)施例的另一具體形態(tài)中，上述檢測尖端是從懸臂及音叉組成的組合中選擇的機(jī)械諧振器。在第1實(shí)施例的另一具體形態(tài)中，提供的裝置還包含了在上述物體上使從上述能量資源中放射出的能量集束的能量集束裝置。另一實(shí)施例中，提供了包括可在物體內(nèi)生成分子偶極子/多極子，在上述檢測尖端上使多重像力及力梯度發(fā)生的能量資源的具備了檢測尖端的以原子力顯微鏡為基礎(chǔ)的設(shè)備。上述裝置可從RF乃至可視光線及紅外線波長中提供納米尺度光譜分析。附圖說明圖1圖示的是像力顯微鏡試驗(yàn)的簡略圖。圖2圖示的是在543nm附近具有最大吸收的玻璃上的6-tamra染色分子像；(a)至(e)圖示的是具有475nm的激光線的地形及像力梯度；(a)中的插圖圖示的是地形線掃描橫穿虛線；(b)及(f)圖示的是具有543nm激光線的地形及像力梯度；(c)及(g)圖示的是具有594nm激光線的地形及像力梯度；(d)及(h)圖示的是具有633nm激光線的地形及像力梯度。圖3圖示的是AFM像力梯度信號及鉑金埃爾默6-Tamra染色吸收光譜。圖4圖示的是在594nm附近具有最大吸收的玻璃上的YOYO-3染色分子。(a)及(d)圖示的是具有543nm激光線的地形及像力梯度；(b)及(e)圖示的是具有594nm激光線的地形及像力梯度；(c)及(f)圖示的是具有633nm激光線的地形及像力梯度。圖5圖示的是簡化的鏡像偶極子表現(xiàn)及關(guān)于實(shí)驗(yàn)與理論的比較；(a)實(shí)驗(yàn)裝置圖示的是一個(gè)在玻璃襯底上位于粒子上方的Pt尖端；(b)中的玻璃襯底可被玻璃襯底上尖端的鏡像并玻璃襯底上粒子的鏡像所代替；(c)圖示的是由尖端-襯底的間隔形成的在Pt尖端上的力梯度(襯底上沒有粒子)；試驗(yàn)曲線-虛線；有限元電磁模擬曲線-實(shí)線；(d)總的相互作用近似于(b)通過在玻璃襯底上把多重(強(qiáng))像與Pt尖端及(弱)像結(jié)合起來；(e)類似的情況在(d)通過忽視弱像；(f)圖示的是為了與Pt尖端相互作用的玻璃襯底上的1nm的粒子做模型像力梯度對有限元電磁模擬。圖6圖示的是粒子在襯底上部時(shí)，尖端附近的電場(E)/入射電場(E0)的比的分布。圖7圖示的是接近粒子時(shí)擴(kuò)張的E/E0分布。圖8圖示的是在接觸到玻璃表面時(shí)，Pt尖端中的模擬電阻加熱分布。圖9中圖示的是從玻璃襯底中撤回0.5nm時(shí)，Pt尖端中的模擬電阻加熱分布。圖10圖示的是計(jì)算光熱位移時(shí)對尖端幾何學(xué)構(gòu)造的利用。圖11圖示的是在尖端中模擬的瞬態(tài)溫度分布。圖12圖示的(a)是偶極子及其隔著距離(d)的領(lǐng)域(field)，(b)圖示的是與尖端偶極子(μt)連接的粒子偶極子(μp)。圖13圖示的是根據(jù)尖端-粒子相互作用計(jì)算的力梯度與電磁模擬比較。具體實(shí)施方式提供了圍繞引力模式原子力顯微鏡(AFM)構(gòu)建的顯微鏡，其中所述懸臂以其第1機(jī)械共振f0振動(dòng)(圖1)。頻率f0的振幅的變化用于檢測尖端與物體之間的范德華引力，并用于獲得地形反饋信號且在常規(guī)輕敲模式原子力顯微鏡中的物體上穩(wěn)固原子力顯微鏡探針。我們使用了具有k＝3n/m的剛度常數(shù)和第1機(jī)械共振f0＝65KHz的懸臂。我們選擇了fm＝360KHz的激光調(diào)制頻率，并且檢測出f0+fm的上邊帶的頻率為425KHz。與常規(guī)的方法不同，我們還以頻率fm調(diào)制了激發(fā)/激光束(能量資源)，其在尖端內(nèi)還以fm調(diào)制物體特征和它們的鏡像之間的像力梯度。通過像力梯度調(diào)制來調(diào)制懸臂的機(jī)械共振頻率以生成f0+fm和f0-fm頻率的邊帶。所述的f0+fm頻率的邊帶配置為在懸臂的第2機(jī)械共振的頂部，當(dāng)物體被光柵掃描以記錄二維的光學(xué)圖像時(shí)使用鎖定放大器檢測所述的f0+fm頻率的邊帶。用于鎖定的參考通過在雙平衡混頻器中混合f0和fm驅(qū)動(dòng)信號來獲得，雙平衡混頻器的后方為中心頻率為f0+fm的帶通濾波器。試驗(yàn)中，半徑為10nm的白金涂層硅尖通過經(jīng)過玻璃顯微鏡滑蓋利用油浸物鏡(oilimmersionobjective)(NA＝1.45)被聚集的激光束被照明。根據(jù)是否利用激光器，電磁或其他能量資源，懸臂尖端可由當(dāng)事人知道的其他適合的金屬涂層。這種金屬包括，并不僅限于此，白金等貴金屬及鎳等強(qiáng)磁性金屬。另外的實(shí)施例中，懸臂尖端沒有被涂層。聚集的激光在物體內(nèi)生成(激發(fā))光學(xué)偶極子力矩。尖端越接近玻璃表面上的物體，這一激發(fā)的偶極子檢測/確認(rèn)尖端內(nèi)的鏡像，其結(jié)果是在檢測尖端上引起引力及力梯度。大致如[0023]中言及的一樣，檢測尖端上的這一力及力梯度，能夠在懸臂的第2機(jī)械共振上部放置而排列的fo+fm側(cè)邊帶中通過測定懸臂響應(yīng)而被檢測。試驗(yàn)在使fo+fm側(cè)邊帶放置在第2機(jī)械共振上部的設(shè)備(setup)中施行，為了提高這些偶極子-偶極子的相互作用，在物鏡的入射光瞳(entrancepupil)中使用徑向偏振片(radialpolarizer)(ARCoptix)。這一光學(xué)儀器為了使4個(gè)激光器(λ＝633nm、594nm、543nm、475nm)能夠獨(dú)立地與物鏡結(jié)合而被安置。物鏡的入射光瞳中的光能已被調(diào)節(jié)至約100μW。其他實(shí)施例中，在不知道樣品吸收波長的情況下，可調(diào)諧激光器/激發(fā)裝置可被使用。在另一實(shí)施例中，電磁器或是磁力激發(fā)設(shè)備用來激發(fā)物體。在更為普遍的實(shí)施例中，可使用能夠激發(fā)物體的能量資源。第一個(gè)實(shí)驗(yàn)是利用6-tamra染料(dye)實(shí)施的。100μL溶解在水中的4x10-7mM的6-tamra染料水滴收集在干凈的玻璃顯微鏡滑蓋上使其干燥。染料是由平均尺數(shù)為50nm的小島(islands)凝聚而成的，最小的特征(圖2中由箭頭指明)是大約10nm。543nm的光學(xué)共振最高點(diǎn)附近的一系列波長中的地形(圖2中的第一列)及光學(xué)像力梯度同時(shí)被記錄。按照預(yù)想，圖像中除了微小的熱漂移，地形信號沒有隨著波長出現(xiàn)對比變化。另一方面，像力信號，在觀察到最大對比的543nm中通過光學(xué)共振進(jìn)行掃描時(shí)，出現(xiàn)了明顯的對比變化。在475nm及633nm的光學(xué)像力顯微鏡照片中實(shí)際上看不到對比。光學(xué)像力顯微鏡照片，為了使背景信號在所有波長中變得統(tǒng)一已經(jīng)達(dá)到正規(guī)化。展現(xiàn)光譜對比的已經(jīng)記錄的最小的光學(xué)像力特征曾是側(cè)面尺數(shù)10納米，6-tamra分子的高度所對應(yīng)的具有0.5nm的特征高度。由于尖端直徑大概10nm，得出最小的物體特征與10nm相比必須具有明顯的小側(cè)面尺數(shù)的結(jié)論。為了更集中于鏡像概念，給玻璃顯微鏡滑蓋上涂抹一層厚厚的6-tamra染料，利用鉑金埃爾默Lambda40分光光度計(jì)(Perkin-ElmerLambda40spectrophotomet...