原子探針理論與技術期末報告 -蟬翼指導教授 : 莊承鑫

學生姓名 :49914012 周仕倫49914069 李孟修49914094 楊政翰49914110 張龍右

目錄• 1. 研究動機• 2. 試片準備• 3. 機台操作參數• 4. 實驗結果• 5. 結論

研究動機最初進行思考試片準備時原先預設樣本為蓮花葉，因眾多研究報告顯示其葉片上具有類似纖毛結構的突出物 (圖 A)，這些纖毛結構的尺寸介於 100~200nm左右，使得灰塵附著於蓮花葉表面時大多數皆是與纖毛接觸而非與蓮葉接觸，而當有水從葉面上滾過時因灰塵粒子與水滴間有較強的吸附力，所以很容易就被水滴帶走而形成自潔的功能 (圖 B)。而生物中除了蓮花、蝴蝶翅膀外蟬的翅膀也接連被發現擁有奈米等級突狀結構

(如圖 C)，而澳洲斯威本科技大學的 Elena Ivanova於 2012年發現蟬的翅膀能有效殺死Pseudomonas aeruginsoa(一種感染人體並對抗生素耐藥的細菌 )，並發表於 2013年 2月《 Biophysical Journal》的研究中第一次模擬蟬的翅膀上的奈米柱如何使接細菌表面破裂進而殺死細菌 (圖 D)。 圖 A 蓮花葉表面突起結構

圖 B 蓮花葉表面自潔效應圖 C 蟬翼表面微結構 圖 D 細菌附著於奈米柱示意圖

試片準備起初構想為蓮花葉片，但巡遍花店、農田及校園烏龜池並沒有得到樣本，而在烏龜池周圍意外發現有蝴蝶、蜜蜂、蟬因此費盡千辛萬苦各捕捉一隻並採集翅膀做為試片。

圖 E.蟬翼試片 圖 F.蜂翼試片 圖 G.毛眼灰蝶背面試片 圖 H.毛眼灰蝶正面試片

試片準備示意圖

壓克力試片雙面膠掃描樣本

機台操作與參數• 1.打開主機並暖機 10分鐘後將 AFM後端的 Hystron/STD介面卡切換至

STD(圖 1)• 2.將 CP Research Head(圖 2)裝在 Transducer(圖 3)上，並調整檔位為 Non-Contact• 3. 放置固定探針之小鐵片於平台上 (圖 4)，並壓下利用夾子將探針固定於小鐵片上 (圖 5)，利用 Spring Tool 扳開探針彈夾夾座，並將小鐵片的背面三個小孔準確的放入探針彈夾的三個固定點 (圖 6)，後將探針彈夾插在 CP

Research Head的插槽內 (圖 7)。

圖 1.介面卡

圖 2. CP Research Head

圖 3. Transducer

圖 4. 小鐵片放置平台上 圖 5. 固定探針於鐵片上 圖 6. 小鐵片放置探針彈夾 圖 7. CP Research Head插回插槽

• 4.開啟軟體並取消使用共振頻率，並將 X 方向與 Y 方向的 Size 歸零，點擊 Scan Off並將雷射關閉。

• 5. 設定下針參數選擇 Auto select，再按 Done(如圖 8) 。• 6. 設定掃描模式選擇為 NCM，再按 OK(如圖 9) 。• 7.打開兩個 Scale，其中一個 Scale 之 CH(channel) 選擇為 A-B， 另外一個

Scale 之 CH 選擇為 A+B(如圖 10)。• 8. 確認紅外線瞄準在探針的懸臂樑中間並微調確認調整燈，後調整 NCM 頻率。• 9. 確認 Scan Off後按 Approach 下針後直到 Z Piezo bar 停止在中間則下針完成

(如圖 11)。• 10.調整掃描面積尺寸並調整 Gain 值、 X 和 Y 之 offset 值。 Slope調整至水平，

NC模式 Scan rate應在 0.5Hz~2Hz 之間，按下 Image 即開始掃描呈像。

圖8.

圖9.

圖10.

圖11.

實驗結果1.第一片試片 :蜜蜂翅膀2.第二片試片 :毛眼灰蝶翅膀背面3.第三片試片 :毛眼灰蝶翅膀正面4.第四片試片 :蟬翅膀

下針失敗下針失敗汙染探針

下針成功

Line4 線剖面圖數值Ra:中心線平均粗糙度Rq: 均方根粗糙度Rp: 波峰與中心線距離Rv: 波谷與中心線距離Rp-v: 波峰與波谷間距離左上圖為 2D掃描結果圖掃描面積為 2um*2um左下圖為樣本高低差分布區可以發現大約分布在 60nm至 120nm 之間

結論準備了 4種試片原先預期毛眼灰蝶翅膀正背面應是最為保險的備案，因有許多研究皆以蝴蝶翅膀鱗片做為研究對象，雖然因為正面怕探針遭汙染而沒下針，背面也因下針一直無法成功作罷但在 OM顯微鏡下卻可以觀察到翅膀上的確是以鱗片的結構排列在表面上。蜜蜂翅膀無法下針成功原因我們推測為表面過於粗糙，加上有鉤狀毛立於表面導致容易與探針碰撞造成探針受損因此沒有成功測量出表面形貌。蟬的翅膀原本是最不受看好的，因為剛掃描完圖形顯示時並看不出什麼所以然，深入探討看完資料才意外發現原來蟬的翅膀也具有微結構，並且能運用物理性破壞殺死細菌的功能還是最近研究發現出來的，而我們掃描出來的突狀物分布雖然不均勻但也呈現出奈米柱 (100nm)的形式。 蟬翼的表面形貌 3D圖

參考資料• 1. 環球網 http://www.zwbk.org/MyLemmaShow.aspx?zh=zh-tw&lid=424280• 2.科學研習 ,2013年 1月 ,No52-1,Page 9 ~ Page 13• 3.發現雜誌 ,2013年 3月 5 日

http://blogs.discovermagazine.com/80beats/2013/03/05/watch-this-cicadas-kill-bacteria-with-structures-on-their-wings/?utm_source=feedburner&utm_medium=feed&utm_campaign=Feed%3A+80beats+%2880beats%29#.U4XiafmSwUn

• 4.科學發展第 354期• 5.Tapping Mode 操作手冊• 6. 遠距遙控電子顯微鏡教學網 http://cem.ess.nthu.edu.tw/k12/Gallery.asp?

id=20DFF4132DF0A383&ColId=78BA013102F382&sCid=57BAD71EAFEF132