布魯克Bruker生物型原子力顯微鏡 Resolve

 原子力顯微鏡的在生物領域的應用

在AFM誕生初的一段時間，主要應用于電化學、材料科學等領域。近些年，人們逐漸探索著運用AFM對生物樣品進行納米水平的觀測及顯微操作等。與其它顯微鏡相比，AFM的納米量級的高空間分辨率尤為突出，橫向分辨率可達0.1～0.2nm，縱向分辨率高達0.01nm。此外，它不但能夠對生理狀態(tài)下的樣品成像，而且可以實時動態(tài)地研究樣品結構和功能的關系。故而，AFM成為納米尺度上研究物質結構、特性和相互作用的有力手段。以下主要對這項納米技術在生物醫(yī)學研究領域中取得了顯著的成績作一綜述。

　　1. 形態(tài)結構

　　作為新興的形態(tài)結構成像技術，AFM實現了對接近自然生理條件下生物樣品的觀察。這主要由于它具備以下幾個特點:

　　1).與掃描電鏡和透射電鏡這些高分辨的觀測技術相比，樣品制備過程簡便，可以不需染色、包埋、電鍍、電子束的照射等處理過程;

　　2).除對大氣中干燥固定后樣品的觀察外，還能對液體中樣品成像;

　　3).可以根據觀察者的要求，調節(jié)樣品所處的溫度、濕度、大氣、真空等觀察條件。目前，AFM已廣泛地應用于細胞及蛋白、多糖、核酸等生物大分子結構的研究中。對一個細胞而言，AFM不但能夠提供長度、寬度、高度等形態(tài)方面的信息，還可以滿足人們對膜上的離子通道、絲狀偽足、細胞間連接等細微結構的研究，甚至還可清楚地觀察到膜身的骨架結構。后者對細胞表面與表面下結構相互作用的進一步研究非常有利。

　　2. 力學特性

　　由于利用AFM可對掃描各點高度及作用力的測量，這就意味著我們不僅可以獲取生物樣品的表面形態(tài)和三維結構，還可以得到其表面硬度、粘彈性、摩擦力等力學特性的表面圖譜

　　3. 分子間力

　　將很高的空間分辨率與敏感且準確的力學感應性相結合，是AFM的一個極為顯著的特點。通過將探針連接在彈性系數很小的懸臂上，AFM對力的測量敏感性可達到pn水平。到目前為止，AFM已經廣泛地運用于測量溶液中生物分子間相互作用如與生物反應有關的水合力的研究。利用這些研究結果還有助于對生物分子結構和機械性能進行分析。例如，蛋白質依靠多種非共價作用而保持其結構穩(wěn)定，通過機械或化學的方法將蛋白伸展后，可以利用AFM直接測量穩(wěn)定蛋白結構的作用力，并進一步探究這些力對蛋白結構的影響。近幾年AFM對肌蛋白titin的去折疊研究取得的顯著成果即有力地說明了這一點。另外，AFM還能夠測量單個分子間微弱的非共價力。例如測量受體-配體的去結合力，若受體固定在基底表面的話，則將與之對應的配體固定于探針表面，使探針功能化。隨探針-樣品的距離逐漸縮小，懸臂受探體-樣品間吸引或排斥力的作用向接近或遠離樣品的方向偏折，懸臂偏折的大幅度反映分離緊密結合兩分子所需的力。在測量中，有可能會受到探針與表面的非特異性相互作用的干擾。因此，有必要認真地選擇對照實驗包括使用未功能化探針;或基底所處的溶液中利用游離的配體封閉受體;調節(jié)溶液的離子強度或pH，降低靜電力的干預。除此之外，探針還有可能受溶液粘性牽拉力作用，使撤離速率減慢至記錄數據低于實際的作用力。

　　4. 顯微操作

　　通過在納米級水平調控探針的位置和施加力，AFM可以實現對生物分子進行物理操作如切割生物結構，轉移分子至特定位置。在一定的范圍調整施加力，AFM在成像的同時即可對樣品進行操作。施加力的范圍主要由懸臂的力學常數和探針粗細決定。與標準顯維切割技術相比，AFM對目標區(qū)域切割、提取等操作具有更準確的特點。

布魯克Bruker生物型原子力顯微鏡 Resolve

與倒置光學顯微鏡聯(lián)用，實現了高分辨的原子力顯微鏡成像和完整的細胞力學性質測量。

PeakForce Tapping技術，每一像素點均有pN級力學測量和力譜分析

BioScope Resolve采用了布魯克公司*的PeakForce Tapping技術，使研究者能夠獲得高分辨率的生物成像和在每一像素點上皮牛級(pN)的力學測量和力譜分析。該系統(tǒng)對光學圖像和原子力顯微鏡數據的實時整合，使以往不可能獲得的數據成為了可能。包括物理結構，生化相互作用和力學特性在內的多重信息，為生命科學的深入研究提供了*的技術平臺。

針對軟的生物樣品，定量的力學性質成像，操作簡單

•活細胞，快速高分辨力學成像。PeakForce QNM和FASTForce Volume，提供寬泛靈活的測量頻率和定量的性質成像。此外，更高的成像速度和自動測量能力，也能在更少的時間內提供更大量的數據，從而加速研究論文的發(fā)表。

•亞分子級AFM成像的同時，快速實現力學、化學和生物學交互作用的定量成像。BioScope Resolve能夠為分子和活細胞提供高分辨率的成像，能夠展現之前從未顯示的結構細節(jié)。該功能的實現，主要是通過穩(wěn)定的儀器設計、PeakForce Tapping技術和布魯克*的高分辨率ScanAsyst-液體探針技術的結合。無論是DNA雙螺旋還是其他生物分子成像，使用ScanAsyst-Cell™的BioScope Resolve能夠使科研工作者更簡便而重復地獲得亞分子級的分辨率。

光學成像與AFM成像的完美結合

布魯克Bruker生物型原子力顯微鏡 Resolve

與其他的AFM不同，它與光學顯微鏡能結合能定量的對生物精細結構成像。該系統(tǒng)有*的設計，能夠提供開放樣品取放空間，且與光學顯微鏡*融為一體。研究人員能夠完美地將實時光學成像和AFM成像結合起來。

Bioscope Resolve是由生物學家研發(fā)而為生物學家設計的儀器，通過使用可選附件和探針，足夠滿足廣泛的應用需求。

技術參數：

倒置光學顯微鏡

透射光凝汽器

共聚焦激光掃描

照相機：支持所有相機的TIFF JPEG或BMP格式的圖片文件輸出

AFM控制器：NanoScope V

AFM技術參數

X-Y方向掃描范圍 ≥100 μm, 開環(huán)或閉環(huán)操作

Z 方向掃描范圍  ≥15 μm, 開環(huán)或閉環(huán)操作

偏轉檢測λ=850 nm紅外超發(fā)光二極管

基線飄移 <0.25 nm/μm

噪音高度 35 pm (typical with appropriate vibration and acoustic isolation)

XY樣品臺 載物臺10mm x 10 mm