新型磁力显微镜针对小尺度单个磁性纳米颗粒的交变场磁性能研究

In recent years, the magnetic properties (especially with alternating magnetic field) of magnetic nanoparticles(～20 nm) are being investigated more and more for its wide applications in biomedicine, but most research is on magnetic properties under static magnetic field. Magnetic force microscopy (MFM) is a very powerful technique, but it is difficult for single magnetic nanoparticle (～20 nm) to be detected because of its limitations on resolution and the external magnetic field. In this project, we will study the alternating magnetic moment performance of single magnetic nanoparticle under different frequency by using the newly developed frequency-modulated magnetic force microscopy (FM-MFM) technique based on our previous work. The key is how to improve the resolution to meet the scale requirements of single nanoparticle, to measure alternating magnetic force signal, and optimize the design of magnetic probe MFM by frequency modulation mechanism, to achieve the alternating magnetic imaging of single magnetic nanoparticle with high resolution. Finally, we will explore the magnetic mechanism of magnetic nanoparticles(～20 nm) for the applications in biomedicine.

近年来随着小尺度磁性纳米颗粒(～20 nm)在生物医学上的应用越来越广泛，对其性能要求也变得更高（尤其交变场磁性能），但目前国内外研究主要集中在很多纳米颗粒的静态场磁性能研究，对此类单个小尺度磁性纳米颗粒的交变场磁性能研究甚少。磁力显微镜是一个很好的分析手段，然而对单个纳米颗粒(～20 nm)的测试有着相当大的困难，因为其在分辨率和添加交变磁场上有着很大的局限性。本项目将在我们前期工作基础上研发一种新型频率调控磁力显微镜(FM-MFM)，并利用其对小尺度单个磁性纳米颗粒在多个频率交变场下的磁结构和性能进行系统研究。本项目的关键在于如何提高分辨率以满足测量单个纳米颗粒的尺度要求，以及如何测量交变磁力信号，合理利用MFM频率调制机理，优化设计MFM磁性探针，实现对单个纳米颗粒交变磁力信号的MFM高分辨率成像和磁性能分析，以期探寻应用在生物医学上的小尺度磁性纳米颗粒的磁性机制。

近年来随着小尺度磁性纳米颗粒(～20 nm)在生物医学上的应用越来越广泛，对其性能要求也变得更高（尤其交变场磁性能），但目前国内外研究主要集中在很多纳米颗粒的静态场磁性能研究，对此类单个小尺度磁性纳米颗粒的交变场磁性能研究甚少。本项目在我们前期工作基础上研发了一种新型高分辨频率调控磁力显微镜(FM-MFM)，并利用其对小尺度单个磁性纳米颗粒在交变场下的磁结构和性能进行了系统研究。通过对MFM探针的频率调制机理的解析与模拟，并结合MFM探针的磁学特性，获得交变磁力信号的测量技术方案，制备出高性能MFM探针，完成了对与磁力显微镜连接的相关信号处理附件的升级，主要包括锁相放大器（Lock-in Am.）和集成锁相环(PLL)，实现对交变信号的高效采集；制备出符合市场需求的具有较好磁性能的纳米颗粒（～20 nm），并研究出一套针对不同类型纳米颗粒的单个粒子的提取及固定方案；实现对单个磁性纳米颗粒交变磁力信号的高分辨率成像及性能研究，以期探寻应用在生物医学上的小尺度磁性纳米颗粒的磁性机制。