在生命科学研究中，想真正“看见”蛋白质或 DNA 的动态变化，并不是一件容易的事。

高速原子力显微镜（HS-AFM）能够在液体环境下实时观察生物分子行为，被认为是研究生物动态过程的重要工具。但要获得真正高分辨率图像，一个关键瓶颈常常被忽视——AFM 探针本身是否足够尖锐。

近期发表于 Nature Protocols 的一篇方法学文章，展示了基于 Phenom Pharos 飞纳台式场发射扫描电镜的探针制备方案，通过聚焦电子束诱导沉积（FEBID）技术，成功制造高性能 AFM 探针，实现稳定、超高分辨的高速成像。

原文链接：

https://doi.org/10.1038/s41596-026-01369-3

使用飞纳电镜型号：

Phenom Pharos 台式场发射扫描电镜

这项研究不仅展示了扫描电镜的观察能力，更进一步拓展了其在微纳制造领域的应用边界。

PART 01.高速 AFM 分辨率提升，关键在探针

高速 AFM 已经成为研究蛋白质构象变化、DNA 动态行为的重要技术手段。相比传统显微方法，它最大的优势在于能够在接近天然环境下进行实时观察。

但 AFM 的横向分辨率高度依赖探针尖端尺寸。如果探针尖端过钝：

• 无法分辨纳米级细节

• 图像边缘模糊

• 结构信息失真

• 实验重复性下降

商业探针虽然成熟，但普遍存在成本高、寿命有限、批次一致性难控制等问题。

因此，研究人员希望建立一种可重复、稳定、实验室可自主完成的高性能探针制备方法

FEBID 探针制备方案

PART 02.飞纳电镜不只是“观测”，更是“制造”

这篇文章最值得关注的地方在于，研究团队直接使用 Phenom Pharos 飞纳台式场发射扫描电镜来制造 HS-AFM 探针。

其核心原理是利用聚焦电子束固定照射 cantilever 尖端，在前驱体气氛中诱导碳材料沉积，使探针“生长”出来。

换句话说：扫描电镜中的电子束，在这里不仅用于成像，也成为纳米加工工具。

相比传统大型 SEM，Phenom Pharos 的优势非常突出：

• 场发射电子枪（FEG），提供高亮度电子束；

• 2,000,000× 高倍率观察；

• 小型真空腔体，抽真空速度快；

• 更适合高频重复实验操作。

研究人员特别指出，飞纳台式扫描电镜操作简便，成像速度快，显著减少等待时间，使探针制备效率明显提升。

这使得原本依赖大型共享平台的 FEBID 制备，真正变成实验室可日常开展的方法。

PART 03.精准控制电子束参数，实现高质量探针制造

为了获得性能最优的 AFM 探针，研究团队对 FEBID 制备过程中的关键电子束参数进行了系统优化，包括沉积时间、离焦距离（defocus）、加速电压以及束流强度。研究结果表明，电子束状态对最终探针形貌具有决定性影响。

当电子束接近最佳聚焦状态时，沉积形成的探针表现出更理想的结构特征——探针更细、更长，具备更高的长径比，同时尖端更加锋利，更适合高分辨 AFM 成像。而随着离焦距离增大，电子束能量分布变得分散，制备出的探针则逐渐变粗、变短，尖端钝化现象也更加明显。

这一结果说明，在 FEBID 探针制备过程中，电子束的稳定性与精准聚焦控制能力，直接决定了探针的最终品质。

不同沉积时间和离焦距离条件下的 FEBID 探针形貌变化

PART 04.场发射电子源优势，让探针更尖锐

除了电子束的聚焦状态，电子束参数本身同样是决定探针性能的重要因素。研究团队进一步比较了不同加速电压（15 kV、10 kV、5 kV）以及不同束流模式对 FEBID 探针形貌的影响，结果显示，不同参数组合会直接改变探针的最终结构。

实验结果表明，高加速电压配合低束流条件，是获得高质量 FEBID 探针的最佳组合。 这是因为低束流意味着更小的电子束 spot size，能够实现更精细、更精准的材料沉积；而更高的加速电压则有助于提升电子束稳定性，使沉积过程更加集中、均匀，从而形成更理想的探针结构。

在这一条件下，研究人员成功制备出具有典型 needle-like morphology 的高性能探针，其特点包括更细的探针基底、更小的尖端半径以及更加规则的整体形貌。这也充分体现了台式场发射扫描电镜在高精度微纳制造应用中的核心优势。

不同加速电压/束流下探针对比

PART 05.验证探针是否真正达到设计要求

探针制备完成后，扫描电镜并未结束其作用，而是继续承担关键的质量验证任务。研究团队利用 Phenom Pharos 飞纳台式场发射扫描电镜 对制备完成的 FEBID 探针进行侧视观察，系统评估其长度、底部直径、长径比以及尖端形貌等关键结构参数，以快速判断探针是否达到预期设计要求。

结果显示，在优化工艺条件下制备出的探针具备非常理想的 needle-like morphology，整体结构细长且规则，展现出优异的高长径比特征。随后，研究团队进一步通过 TEM 对探针尖端进行高分辨验证，结果显示其尖端半径约为 6 nm。这一结果表明，该制备方案已经能够满足高分辨 AFM 成像对探针尖锐度的严格要求，为后续高质量生物分子动态成像提供了可靠基础。

SEM vs. TEM 尖端对比

PART 06.从探针制造到真实生物成像验证

真正衡量一项方法价值的，始终是其在实际应用中的表现。为验证所制备 FEBID 探针的性能，研究团队将其应用于高速原子力显微镜（HS-AFM）成像实验。

在 Annexin V 二维晶体动态成像中，这些探针展现出了优异的成像能力，研究人员实现了连续 1 小时稳定成像、2 fps 持续采集，并始终保持高对比、高分辨图像输出。在进一步优化实验条件后，成像速度甚至提升至 10 fps，实现真正意义上的高速动态观察。

这一结果充分说明，通过飞纳扫描电镜制备的 FEBID 探针不仅具备出色的尖端锐度，更拥有优秀的机械稳定性与耐久性，能够满足长时间、高速、高分辨 HS-AFM 成像的严苛需求。

更令人印象深刻的是 DNA 超高分辨成像实验。研究团队利用所制备的 FEBID 探针成功解析了 DNA 双螺旋的 major groove（主沟）周期结构，展现出极高的成像分辨能力。

实验结果显示，该探针实现了约 3.5nm 周期结构解析能力，能够清晰分辨 DNA 分子精细的纳米级结构细节。这充分证明，通过飞纳扫描电镜制备的 FEBID 探针不仅具备优异的尖端锐度，更拥有真正意义上的超高空间分辨能力。

对于结构生物学与生物分子动态研究而言，这种能够直接解析分子级精细结构的能力具有重要意义，也进一步验证了该制备方案在高端生物成像应用中的实际价值。

PART 07.总结

这篇 Nature Protocols 方法学文章展示了一种高效、稳定且可重复的 HS-AFM 探针制备方案，而 Phenom Pharos 飞纳台式场发射扫描电镜 正是贯穿整个研究流程的核心平台。

从电子束诱导沉积（FEBID）实现纳米探针制造，到探针结构优化与质量验证，再到最终支撑超高分辨生物分子动态成像，飞纳在这项研究中展现出的价值早已超越传统扫描电镜“观察工具”的角色。它不仅帮助研究人员看清微观世界，更直接参与微纳结构的精准制造，真正实现了从“观察”到“制造”的应用跨越。

如果您想了解更多产品详情、应用案例或付费测试服务，欢迎扫码快速咨询：

咨询热线：400 857 8882

​