近年來隨著納米科學的迅猛發展，推動了材料學、電子學、生命科學等眾多學科的進步與更新，這些為原子力顯微鏡廠商提供了更多機遇，當然也提出了更高挑戰。然而，近二十年來，原子力顯微鏡(AFM)的分辨率似乎進入了“瓶頸”。
2017年8月28日，島津“跨界拓新 見微知著”SPM-8100FM新品發布會隆重舉辦。SPM-8100FM是島津8000系列原子力顯微鏡產品線的最新款，8000系列是島津首先商品化的調頻模式高分辨率原子力顯微鏡。
新品發布會期間，儀器信息網編輯就SPM-8100FM的特點、適用領域，以及島津原子力顯微鏡產品的后續開發方向等問題采訪了島津公司X射線及表面分析產品經理中島秀郎先生。
島津公司X射線及表面分析產品經理中島秀郎先生
儀器信息網：島津首先商品化的調頻模式高分辨率原子力顯微鏡，從立項研制到面世期間經歷了哪些有意義的事?
中島秀郎：我們在決定研發8000系列原子力顯微鏡產品的時候，是希望研發出一款在多種環境下能夠進行高分辨觀測的儀器，如大氣、液體以及其他復雜環境中的觀察。在儀器研發出來、上市之前做評價試驗時，卻突然發現了一個有意思的現象，即觀察到了固液界面的水化/溶劑化作用的分層結構。當時我們將這個研究內容在一些學術會議發表之后，引起了相當多用戶的共鳴。這是開發時沒有想到的一個小小的“插曲”，不過這個“插曲”造就了我們高分辨率的SPM-8000系列儀器一個重要的應用領域。
固液界面的水化/溶劑化作用，具體而言就是觀察界面處液體的微觀分層。這個部位一般只有1個納米左右的厚度，但是具有2-5個分層。這種區別于整體結構的特殊結構很大程度上左右著固液界面的各種作用及變化，如液相內的溶解、化學反應、電荷轉移、浸潤、潤滑、熱傳導等。但是因為液體的流動性，這個分層不僅非常薄而且作用力很弱，加之液體環境對探針懸臂振動質量因子的降低，因此無法使用傳統的調幅模式觀察。SPM-8100FM一方面通過調頻方式提高了對作用力的分辨率，另一方面通過優化設計光杠桿檢測器降低了噪音，因此實現了對固液界面液體分層的觀察。
儀器信息網：2014年發布的SPM-8000FM是首個商品化調頻模式原子力顯微鏡產品，時隔三年，島津又推出了新品SPM-8100FM。那么，從8000到8100發生了哪些變化?
中島秀郎：自2014年推出SPM-8000FM后的三年時間里，我們對數十位用戶進行了調研，用戶們提出了很多有建設性的問題。針對調研結果研發團隊有針對性的進行了改進，如SPM-8100FM的系統穩定性和操作便利性都進行了大幅提升。
關于操作便利性，新品進行了專門設計，即針對傳統原子顯微鏡更換樣品前后需要繁瑣的調節激光操作，SPM-8100FM設計了滑動式頭部機構，更換樣品不會影響激光光路，快速換樣后可直接開始掃描工作。不過雖然操作便利性有了一定提升，但是對操作人員的專業性等要求還是有的，目前還達不到“小白”級別。
另外，對于原子力顯微鏡，用戶一直“詬病”的是其掃描速度，為此新品中增加了高速掃描器，在保證圖像質量不變的基礎上相對于傳統掃描器的速度提高了5倍以上。而且，對于實驗室已經有SPM-8000FM的用戶來說，也可以對儀器進行升級。
雖然，這款新品在許多方面有了提升，但是，我們并沒有提價!
儀器信息網：與市場上同類產品相比，SPM-8100FM在硬件和軟件上有哪些特點和優勢?
中島秀郎：從硬件上來說，SPM-8100FM是一種調頻模式的原子力顯微鏡，其概念上就是完全不同的。相對于傳統的調幅模式，SPM-8100FM從原理上對作用力的分辨率就更高，其器件噪音水平降到了1/20以下。從軟件上來說，我們設計了3D Mapping功能。通過3D Mapping首次觀察到了固液界面水化/溶劑化作用的液體分層結構。
儀器信息網：此次新品發布會的主題為“跨界拓新 見微知著”，其中“見微知著”比較好理解，然而“跨界”是指什么呢?
中島秀郎：“跨界”意味著這款產品突破了兩個界限，首先是突破了環境對分辨率限制的界限，因為在復雜環境下傳統的顯微鏡分辨率很差，而SPM-8100FM仍然能夠達到類似真空條件下的分辨率。第二個是突破了固液的界限，大家都覺得原子力顯微鏡是“掃”固體的，而現在可以用這款新儀器“掃”某一類液體了，即固液交界面處的液體，也就是將原子力顯微鏡的應用領域從固體拓展到了液體。
儀器信息網：一般來說，廠商推出新產品是為了滿足用戶的新需求。那么，SPM-8100FM能夠滿足用戶的哪些新需求呢?
中島秀郎：從根本上而言，對現有原子力顯微鏡分辨率水平不滿的用戶都會是SPM-8100FM的潛在客戶。如果非要劃出幾個重點領域的話，應該是生命科學領域和表面物理化學領域。生物大分子最佳的觀測環境是在溶液中，長期以來這點影響了原子力顯微鏡在生命科學領域的應用。那么對于需要在液體環境進行高分辨觀察的用戶，可以考慮下SPM-8100FM。
儀器信息網：島津在原子力顯微鏡方面今后研發方向是什么?
中島秀郎：今后我們會繼續發揮我們產品高分辨的特點，拓展完善我們首創的調頻模式，使其分辨率更高、能夠更加準確的進行觀察測量。并且我們將在操作便利性方面多下功夫，讓其成為一款用戶愛用的經典儀器。
而且，我們推出新產品是為了滿足用戶新出現的需求，而不是僅僅按照自己的想法研發儀器，讓用戶被動的接受。所以，今后我們將持續關注用戶的動態以及科學技術的進步，研發滿足用戶需求的儀器來。
