AFM在生物學中的應用

在生物學中的應用

由于AFM 的高分辨率，并且可以在生理條件下進行操作和觀察，AFM 在生物學中的應用越來越得到重視。利用AFM 可以對胞以及細胞膜進行觀察。最先用AFM 進行成像的細胞是干燥于蓋玻片表面的固定的紅細胞。在AFM 成像中，掃描區域可變動于10um 和1 nm 之間，甚至更小。因而它能夠對整個細胞或單個分子成像，如離子通道和受體。對于研究細胞來講，AFM 區別于其他工具最顯著的優勢是其可以在生理條件下進行細胞成像。如在生理鹽水中對紅細胞成像的辨別力為30nm。AFM 為科學家在生理條件下研究細胞膜和膜蛋白的結構提供了有力的手段。Langmuir-Blod gett(LB)膜的AFM 成像提供了脂質膜厚度的直接證據,這在以前已用間接的方法測定或只是一種理論推測。AFM 的高度辨別力是亞納米水平的。LB膜的分子水平成像表現出單個頭部極性基團及分子排列，包括它們的廣范圍裝配。研究這些膜的好處在于人們可隨時改變脂質的組成，研究脂-脂相互作用，流動性，及脂-蛋白間的相互作用。用LB 膜進行研究的結論表明，AFM 對生物標本成像在一般情況下與電鏡成像一致，但卻有電鏡所不具有的優越之處：即AFM 是在近生理條件下成像。AFM 成像并非僅僅限于天然生物膜，而且可用于合成膜。利用這一點，人們可以合成特定物質所組成的生物膜，使蛋白質能夠按一定的秩序鑲嵌其內。這種技術對于對那些在通常情況下不形成陣列的蛋白質的成像具有一定的意義。

AFM 由于其納米級的分辨率，可以清楚的觀察大分子，如DNA，蛋白質，多糖的物質的形貌結構。從首次用AFM 獲得DNA 分子的圖像以來，AFM 便成為研究DNA 分子的重要工具。分子辨別水平(2～3 nm)的雙鏈DNA 的成像也已能夠在空氣和液體中進行，其螺旋溝及輪匝可以辨認；DNA 分子的寬度和高度似乎依賴于操作環境(空氣或溶液)，尖端特性及所用底物。單鏈DNA 無論在何種辨別水平都較難成像。似乎還沒有發現適宜的制備方法或底物。

此外，AFM 還被應用于測定作用力和通過改變作用力而進行的微小結構加工等方面。通過改變探針的物理和化學性質，在不同的環境下來測量它與樣品表面的作用力，從而可以獲得樣品的電性、磁性和粘彈性等方面的信息。AFM 的這一功能對于研究粒子之間的相互作用是非常有用的。處于微懸臂前端的探針在樣品原子(分子)的作用下將使微懸臂產生形變。受吸引力的吸引時，針尖端將向樣品彎曲，而受排斥力作用時，向遠離樣品的方向彎曲。這種形變一般采用光學裝置來測量。在生命科學領域，可用于AFM 來探測DNA 復制、蛋白質合成、藥物反應等反應過程中的分子間力的作用，若對探針進行生物修飾，可以測量單個配體-受體對之間的結合力。若將單個生物分子的分

子鏈尾端連接到AFM 針尖上，AFM 則可根據探針上的特定分子與樣品底物之間的結合來測定其力的大小。