Quantum Design-新闻中心-一台抵三台，表征不折腾！AFM/SEM/EDS三合一显微镜搞定纳米颗粒全套分析

一台抵三台，表征不折腾！AFM/SEM/EDS三合一显微镜搞定纳米颗粒全套分析

发布日期：2026-07-01

纳米颗粒尺寸区间为1-500 nm，介于原子尺度与块体材料之间，具有特殊的物化性质，其中10 nm级纳米颗粒兼具稳定的体系行为与极强应用价值，但尺寸低于可见光波长，给精准表征带来了挑战。传统表征方案存在显著短板：光学显微镜受衍射极限限制，仅能粗略分辨亚微米级颗粒，无法区分致密小颗粒团簇与单一大颗粒；单一 SEM 仅可获取形貌与粒径信息，缺失三维表面粗糙度数据；独立 AFM 定位效率极低，难以快速锁定微量待测颗粒；单独 EDS 无法实现形貌与元素组分一一对应。

Quantum Design推出的AFM/SEM/EDS三合一显微镜FusionScope，打破单一表征手段局限，依托共坐标系一体化集成设计，在单台设备内完成纳米颗粒快速定位、三维形貌高精度测绘、元素组分精准鉴定全链条关联分析，为混合体系、包覆型、生物功能化纳米颗粒提供完整、精准的综合表征解决方案。

图1. FusionScope三合一多功能显微镜

由于传统光学器件的衍射极限，光学显微镜仅能对亚微米级纳米颗粒进行粗略定位，且无法可靠地区分大颗粒与紧密排列的小颗粒团簇，如图2(A)所示，小颗粒团簇在光学图像中与单个大颗粒难以区分；而同一区域的SEM图像图2(B)则清晰分辨出各个纳米颗粒，从而能够准确分析团聚行为。

图2：同一区域的(A)光学显微镜图像和(B)SEM图像，黄色箭头指示相同位置，表面光学图像中的小纳米颗粒团簇与大颗粒难以区分。

FusionScope：三位一体共平台关联表征

FusionScope 将扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、能谱仪（EDS）集成于同一测试平台，三者共享统一坐标体系，无需二次转移样品，单次上机即可完成广域筛查-单颗粒精准定位-三维形貌量化-元素组分全套分析，有效适配各类纳米颗粒体系表征需求。

图3显示了在FusionScope中采集的混合氧化铁和金包覆氧化铁纳米颗粒样品的广域SEM图像。广域SEM成像用于快速扫描数百个颗粒，从而能够分析团聚行为，数百微米尺度上的空间分布以及粒径分布。两种纳米颗粒均通过碳二亚胺交联进行了抗体功能化，随后在含0.5% BSA/PBS缓冲液(pH7.4)中与目标抗原孵育，形成抗原-抗体复合物。颗粒洗涤后重悬于磷酸钾缓冲液(0.01%)中，取10-20uL溶液滴加于TEM载网上，室温孵育1小时后进行成像。SEM分析表明，抗体功能化使纯氧化铁颗粒的平均半径从约170nm增加到约240nm，相应的粒径分布如图4(B)和图4(C)所示。

图3：分布在TEM载网上的氧化铁与金包覆氧化铁纳米颗粒混合物的广域SEM图像。

图4：（A）无涂层氧化铁纳米颗粒的SEM图像，红色标记为识别出的颗粒。（B）抗体包被前的半径分布（平均值约170 nm）。（C）抗体包被后的半径分布（平均值约240 nm）。

在混合氧化铁与金包覆氧化铁样品中，SEM成像可将纳米颗粒团簇定位在TEM载网的微孔内。在更高放大倍数下，两种纳米颗粒可通过灰度对比度加以区分（图5（A））。可倾斜样品台与AFM配合，可实现相对于SEM的80°旋转，从而能够观察探针–样品相互作用，并将AFM探针精确定位于载网微孔内。图5（B）显示了AFM探针接触单个纳米颗粒时的状态。

图5：（A）小纳米颗粒团簇的SEM图像，显示金包覆与纯氧化铁纳米颗粒。（B）AFM探针接触纳米颗粒的SEM图像。

FusionScope集成了SEM与AFM，二者共享同一坐标系，因此可实现SEM引导下的AFM探针定位。SEM可识别远超出光学显微镜视野范围的纳米颗粒团簇，从而能够对单个纳米颗粒进行快速AFM扫描，并达到皮米级分辨率（图6（A））。AFM形貌测量还可揭示表面粗糙度与涂层均匀性：纯氧化铁纳米颗粒的均方根粗糙度约为5 nm（图6（B）），而金包覆颗粒则约为20 nm（图6（C））。

图6：（A）单个纯氧化铁纳米颗粒的三维AFM形貌图。（B）纯氧化铁纳米颗粒的RMS粗糙度（约5 nm）。（C）金包覆氧化铁纳米颗粒的RMS粗糙度（约20 nm）。

SEM+AFM 形貌观测仅能通过灰度、粗糙度间接判断颗粒类型，EDS 可提供确凿元素证据，实现形貌与组分关联。将混合纳米颗粒沉积于TEM载网上可最大程度降低背景信号，从而能够对纳米颗粒团簇进行EDS面扫，以区分金包覆颗粒与纯氧化铁颗粒。图7(A)显示了所有检测到的元素，图7(B)突出显示金元素，图7(C)突出显示铁元素。中心颗粒显示出强烈的铁信号而无金信号，表明其为纯氧化铁颗粒；而周围较小的颗粒则显示出金信号及较弱的铁信号，证实其为金包覆氧化铁颗粒。

图7：（A）纳米颗粒团簇的EDS元素分布图，显示C、O、Fe和Au。（B）金元素分布图，显示中心颗粒不含金。（C）铁元素分布图，显示中心颗粒具有较强的铁信号，周围颗粒信号较弱。

FusionScope将SEM、AFM和EDS集成于单一关联分析平台，可实现全面的纳米颗粒表征。广域SEM成像可识别团簇与单个纳米颗粒，AFM提供尺寸、形貌和表面形貌的精确测量，EDS则揭示元素组成与涂层信息。由于三种技术共享同一坐标系，因此可对同一纳米颗粒进行关联测量（图8），从而在单台系统内实现对颗粒尺寸、分布、粗糙度和成分的可信综合分析。

图8：在FusionScope中对同一纳米颗粒团簇采集的SEM（A）、AFM（B）和EDS（C）图像。

样机体验：

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