高速原子力显微镜结合激光辐照系统对偶氮聚合物变形过程进行现场实时观察。来源:大阪大学

　　扩大我们的科学理解往往归结为尽可能近距离地观察正在发生的事情。现在，来自日本的研究人员通过激光触发偶氮聚合物薄膜，观察到了它们的纳米级行为。

　　在最近发表在《纳米快报》上的一项研究中，大阪大学的研究人员使用尖端扫描高速原子力显微镜(HS-AFM)与光学显微镜相结合，在聚合物薄膜发生变化时产生薄膜。

　　偶氮聚合物的意义

　　偶氮聚合物是光活性材料，这意味着当光线照射它们时，它们会发生变化。具体来说，光改变了它们的化学结构，从而改变了薄膜的表面。这使得它们在光学数据存储和提供光触发运动等应用中很有趣。

　　能够在捕获图像的同时用聚焦激光启动这些变化被称为原位测量。

　　测量技术的创新

　　“通常的研究方法是对聚合物薄膜进行处理，比如光照射，然后进行测量或观察。然而，这提供了有限的信息，”该研究的主要作者杨凯诗解释说。“使用HS-AFM装置，包括一个带激光的倒置光学显微镜，使我们能够触发偶氮聚合物薄膜的变化，同时以高时空分辨率实时观察它们。”

　　(a)结合激光辐照系统的高速原子力显微镜概述(b)偶氮聚合物变形的高速原子力显微镜图像。资料来源:美国化学学会

　　HS-AFM测量能够以每秒两帧的速度跟踪聚合物薄膜表面的动态变化。还发现，所用偏振光的方向对最终的表面图案有影响。

　　使用原位方法的进一步研究有望导致对光驱动偶氮聚合物变形机制的透彻理解，从而使这些材料的潜力最大化。

　　“我们已经展示了我们观察聚合物薄膜变形的技术，”研究的资深作者Takayuki Umakoshi说。“然而，在这样做的过程中，我们已经展示了将尖端扫描HS-AFM和激光源结合起来用于材料科学和物理化学的潜力。”

　　响应光的材料和工艺在化学和生物学的广泛领域都很重要，包括传感、成像和纳米医学。原位技术提供了加深理解和最大化潜力的机会，因此有望应用于各种光学器件。

　　参考文献:“利用高速原子力显微镜结合倒置光学显微镜的光诱导纳米级偶氮聚合物运动的现场实时观察”，作者:Keishi Yang, Feng-Yueh Chan, Hiroki Watanabe, Shingo Yoshioka, Yasushi Inouye, Takayuki Uchihashi, Hidekazu Ishitobi, Prabhat Verma和Takayuki Umakoshi, 2024年2月26日，Nano Letters。DOI: 10.1021 / acs.nanolett.3c04877

　　这项研究是由日本科学促进会和教育、文化、体育、科学和技术省资助的。