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(lǐng)域的應(yīng)用

在AFM誕生初的一段時間，主要應(yīng)用于電化學、材料科學等領(lǐng)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?qū)ι頎顟B(tài)下的樣品成像，而且可以實時動態(tài)地研究樣品結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系。故而，AFM成為納米尺度上研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)、特性和相互作用的有力手段。以下主要對這項納米技術(shù)在生物醫(yī)學研究領(lǐng)域中取得了顯著的成績作一綜述。

　　1. 形態(tài)結(jié)構(gòu)

　　作為新興的形態(tài)結(jié)構(gòu)成像技術(shù)，AFM實現(xiàn)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(shù)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(jù)觀察者的要求，調(diào)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(yīng)用于細胞及蛋白、多糖、核酸等生物大分子結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的研究，甚至還可清楚地觀察到膜身的骨架結(jié)構(gòu)。后者對細胞表面與表面下結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，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(yīng)性相結(jié)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(shù)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(jīng)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(yīng)有關(guān)的水合力的研究。利用這些研究結(jié)果還有助于對生物分子結(jié)構(gòu)和機械性能進行分析。例如，蛋白質(zhì)依靠多種非共價作用而保持其結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的作用力，并進一步探究這些力對蛋白結(jié)構(gòu)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(jié)合力，若受體固定在基底表面的話，則將與之對應(yīng)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(jié)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(diào)節(jié)溶液的離子強度或pH，降低靜電力的干預(yù)。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(shù)據(jù)低于實際的作用力。

　　4. 顯微操作

　　通過在納米級水平調(diào)控探針的位置和施加力，AFM可以實現(xiàn)對生物分子進行物理操作如切割生物結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)移分子至特定位置。在一定的范圍調(diào)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(shù)和探針粗細決定。與標準顯維切割技術(shù)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(xiàn)了高分辨的原子力顯微鏡成像和完整的細胞力學性質(zhì)測量。

PeakForce Tapping技術(shù)，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(shù)，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(shù)據(jù)的實時整合，使以往不可能獲得的數(shù)據(jù)成為了可能。包括物理結(jié)構(gòu)，生化相互作用和力學特性在內(nèi)的多重信息，為生命科學的深入研究提供了*的技術(shù)平臺。

針對軟的生物樣品，定量的力學性質(zhì)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(zhì)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(nèi)提供更大量的數(shù)據(jù)，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(xiàn)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(xiàn)之前從未顯示的結(jié)構(gòu)細節(jié)。該功能的實現(xiàn)，主要是通過穩(wěn)定的儀器設(shè)計、PeakForce Tapping技術(shù)和布魯克*的高分辨率ScanAsyst-液體探針技術(shù)的結(jié)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(jié)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(jié)合能定量的對生物精細結(jié)構(gòu)成像。該系統(tǒng)有*的設(shè)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(jié)合起來。

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

技術(shù)參數(shù)：

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(shù)參數(shù)

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(zhuǎn)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