全自动纳米力学数据采集和分析的完美工具
概览
全自动纳米力学数据采集和分析的工具
ANA系统是基于原子力显微镜纳米力学分析的自动化解决方案。它旨在以直观和自动化的方式通过力谱和力图研究多种或大型样品上的材料（例如细胞，组织，支架，水凝胶和聚合物）的纳米力学性能。
ANA与Nanosurf的FlexAFM扫描头兼容：用于材料科学应用在Flex-Axiom设置中，用于生命科学应用在倒置显微镜上的Flex-Bio设置中。
对大型或多个样品的纳米力学分析
ANA软件中采用了一种直观的基于工作流的实验过程，精心挑选的硬件元素和电机驱动，以及精心设计和思考的控制算法，三者结合是Flex-ANA系统的标志。只需单击具有覆盖整个可访问的32 mm×32 mm样品区域的大视场的概览图像，即可定义大型或多个样品的测量位置。 系统可轻松克服高达5 mm的高度差异，并可执行和使用多种类型的纳米力学测量、分析和模式！
轻松处理棘手的样品
在实验过程中，ANA系统协调扫描头和电动XYZ平移台(范围：32 mm×32 mm×5mm)的移动，以适应大型样品高度的变化。该系统可选配额外的100-μm Z轴压电器，用于扩展的力谱范围。 由此，对于软和粘的样品，或者不管是范围在几个毫米的宏观粗糙度样品还是几微米范围的微观粗糙度样品， 都可以轻松搞定。
由专家也可由新手操作
ANA控制软件提供基本用户模式和专家用户模式，专为不同程度的用户体验和培训而设计：
在基本模式下，经验较少的用户会被逐步带领对ANA系统进行设置和校准。优化的工作流程保证一切都按照正确的顺序完成，没有遗忘什么，并且所有操作都会被恰当地设置。
在专家模式中，有经验的用户可以更自由地操作和设置系统以满足他们的个性化需求。 测量参数也可以由专家准备和存储，然后经验较少的用户可在基本模式下使用它们。
应用
ANA 应用示例
海藻酸钠水凝胶的纳米力学分析
在这里，我们使用Flex-ANA系统来研究用于细胞培养的扁平藻酸盐凝胶的弹性。在不同分辨率下对凝胶的不同区域的分析揭示了凝胶不管在宏观水平还是在微观水平上都显示着空间异质性。 此外，基于力曲线的弹性测量也揭示了关于样品多孔性的初步信息。
(A)样本的光学图像。黑色线条表示玻璃和支撑凝胶的边界。彩色方块对应于在藻酸盐凝胶上的21个不同点（40×40μm2面积）处测量的中值弹性模量。中值弹性模量在~ 500kpa ~ 4mpa之间变化。在单点区域内，弹性模量也有相当大的展开幅度。盒须图(B)表示了弹性模量在每个测量点内的分布。B图中所示的方框表示25%到75%，而须表示10%和90%。B图中的绿色条表示每个点的弹性模量中值。与平均值相比，平均弹性模量(蓝色菱形)向更高值的偏移强调了向更高值的弹性模量分布的拖尾。正方形旁边的数字对应于盒须图中的点编号。
记录在5×5μm2（A和B）和2×2μm2区域（C＆D）上的力图显示了每个区域（A和C）内的局部弹性模量变化以及样品的零力高度（ B＆D）(它对应于未受力干扰的样品形貌）。 弹性模量图在亚微米尺度上表现出相当大的弹性模量局部差异。 高度图表明样品孔隙度不均匀。 弹性模量对比度与样品形貌无关。
所有测量均在含有300mosmol CaCl2的水溶液中使用Nanosensors qp-CONT悬臂进行，标称弹簧常数为0.1N / m。利用Flex-ANA软件包获取每个点的2500条力距曲线，再利用Sneddon模型进行分析。
医用导管的力学测量
在此，Nanosurf Flex-Ana系统在单次运行中就测量了三种不同医用导管的力学性能。其中一根管子没有涂层，但另外两根管子带有不同的聚合物涂层。
该样品的概览图显示了三段管叠加的系统将自动执行力学测试实验的位置(编号1-12)。
弹性模量记录在不同的医疗管上。 聚合物涂层赋予管表面弹性模量，使其相比于无涂层管， 要低的几个数量级。 这种柔软度与软生物组织中的柔软度相当。
直方图显示了在每个管上探测至少三个不同区域的汇总结果。 样品被等量化且被浸入 PBS缓冲液中, 使用Nanosensors PPP - ContsCauD 悬臂梁进行纳米力学测量。
Flex-ANA系统保有全部的研究用AFM的能力，例如可以记录样品形貌，从而测量样品粗糙度。 左图AFM形貌对应于有涂层管，而右图AFM形貌对应于没涂层管。 样品粗糙度明显受涂层影响。 此外，涂层还会影响表面的摩擦力（未显示，请参阅PFD应用说明）。
AFM图像是在样品浸入PBS缓冲液中，以动态模式记录的。 图像由Nanosurf报告软件处理。
参考
ANA 参考应用
用户的体验
Dr. Dalia Jablon
"我非常喜欢使用Flex-ANA在聚合物材料上的力映射功能"
Nanosurf的科学家们知识渊博，反应灵敏，并且开发了一个易于使用的系统，具有硬件和软件上的许多特性，针对测量力曲线而设计。
从自动校准和可编程移动台到多个数据集的精简集成，Flex-ANA为涉及力曲线测量的研究提供了重要的助力。
出版物
电活性聚合物致动器和装置 Electroactive Polymer Actuators and Devices (2017), 101631E
低压介质弹性体换能器用纳米厚度聚二甲基硅氧烷薄膜的电喷涂和紫外光固化
B Osmani, T Töpper, M Siketanc, G M Kovacs, 以及 B Müller
诸如可调光学，微流体或软机器人之类的许多应用对软介电弹性体换能器表现出越来越大的兴趣。仍然，这种换能器需要数百伏的致动电压以获得所需的压缩应变。然而，对于生物医学应用，可能仅仅可以有几十伏特施加于这种换能器。可达的介电弹性体换能器的压缩应变随着膜厚度和弹性模量的降低而增加。
在该出版物中，来自巴塞尔大学生物材料科学中心的Osmani等人报告称，制造了厚度为1μm及以下的光滑和柔软的介电弹性体薄膜，用于多层介电弹性体传感器。在该研究中，Flex-ANA系统用于表征UV照射对薄膜的弹性模量的影响。取决于UV照射时间，可以获得仅几百kPa的聚合物膜的弹性模量，这已很接近人体组织的弹性模量。
此外，FlexAFM还用于评估薄膜的表面粗糙度并用于由诱导划痕来确定薄膜厚度。
SPIE 学报 (2016), 979822
使用（3-巯基丙基）三甲氧基硅烷（MPTMS）作为粘合促进剂在聚二甲基硅氧烷上形成黄金Au薄膜的形态和导电性
B Osmani, H Deyhle, FM Weiss, T Töpper, M Karapetkova, V Leung, B Müller
介电致动器(DEAs)通常被称为人工肌肉，是一种很有前途的生物医学应用设备。 扁平DEA通常由夹在两个柔性电极之间的弹性体组成。 巴塞尔大学的研究人员开发出一种改善弹性体和电极之间界面的方法。 Flex-ANA系统用于评估和比较界面和电极厚度对DEA的总弹性模量的影响，这是未来植入装置的设计和操作的关键参数。
图片由巴塞尔大学生物材料科学中心的Bekim Osmani提供
实验眼科研究 127 (2014) 37
在角膜和不同硬度的基底上的基底上皮细胞中Yap的差异核呈现
James W. Foster, Roanne R. Jones, Christian A. Bippes, Ricardo M. Gouveia, Che J. Connon
传感器和执行器A：物理 233 (2015) 32
用于仿生低压介电致动器的硅氧烷基薄膜
Tino Töpper, Florian Weiss, Bekim Osmani, Christian Bippes, Vanessa Leung, Bert Müller
部件
ANA 组件
兼容的 AFM 系统
- Flex-Axiom (电动移动台, 全景摄像头, Flex-ANA 软件)
- Flex-Bio (电动 IMO 移动台, c-mount 摄像头, Flex-ANA 软件)
附加选项 & 组件
- 扩展的 z-范围
- 环境控制
- 温度控制
- 离线软件
参数
ANA 规格
系统工作流程和规范
| Flex-ANA 系统工作流程 | |
|---|---|
| 安装和校准悬臂 |
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| 样品加载和概览图 |
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| 测量位置和条件的定义 |
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| 开始自动测量 |
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| 分析优化 |
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| 结果 | 导出最终直方图和分布图 |
| (1)可达模量范围取决于悬臂的选择 | |
| MTS 32 规格 | |
|---|---|
| 范围 (X / Y / Z) | 32 / 32 / 5 mm |
| 可选 σZ 范围 | 100 µm |
| 定位精度 (X / Y / Z / σZ) | <1 / <1 / <1 / <0.001 µm |
| 再定位精度 (X / Y / Z) | <2 µm |