生物大分子超微结构研究中的原子力显微术

原子力显微镜作为第三代显微探测工具,具有原子级的空间分辨率,其样品制备方法简单易行,可在离体的近生理条件下直接观测生物样品及其动态变化过程,能够对样品进行力学操纵,在观察生物大分子的结构和生物力学特性上具有显著的优势。本文尝试从蛋白质、核酸、多糖的超微结构和力学特性的研究角度入手,期望向读者展现出原子力显微镜在大分子生物学研究中的应用前景。     

原子力显微技术在生命科学中的应用概况

从原子力显微技术自发明以来应用于生命科学领域的文章量来概述其应用和发展情况；同时，分成生物大分子、超分子聚集体和细胞三类，总结了原子力显微技术应用于生命科学的大部分研究对象，并简单介绍了其应用的发展规律。     

安捷伦科技收购Molecular Imaging公司及其原子力显微技术

11月29日，安捷伦科技有限公司向外界宣布，已成功收购了纳米技术测量工具开发商Molecular Imaging Corp．，但收购的具体财务细节没有透露。     

小鼠肝脏超薄切片的原子力显微成像

利用原子力显微镜（AFM）对透射电镜生物制样的超薄切片进行扫描成像,研究细胞内的超微结构。对小鼠肝脏组织进行常规的透射电镜生物制样处理,Epon 812包埋聚合,钻石刀切片70nm厚超薄切片,移到新鲜解离的云母上。所得图像能够清晰分辨细胞和亚细胞结构,并获得细胞内亚细胞器的粘弹性等物理性质,为进一步研究细胞的结构和功能提供了新的技术方法。     

显微细胞的图像分析技术

目前图像处理技术在细胞定量分析研究工作中起着重要作用，随着计算机技术的快速发展，图像处理技术也有了很大的进步，专门用于显微细胞病理判断的图像处理技术也得到很大提高。介绍了显微细胞图像分析系统的研究现状、基本结构和基本方法，并对今后的发展与应用作出了展望。     

原子力显微镜在细胞生物学中应用的现状

原子力显微镜(AFM)是近十几年来表面成像技术最重要的进展之一.AFM具有原子级分辨率,它的产生和发展为细胞生物学研究提供了一种有效的工具.本文介绍原子力显微镜在细胞生物学中应用的现状,包括细胞固定,细胞成像,力检测及细胞操纵,并对原子力显微镜技术的发展进行展望.     

原子力显微镜仍有巨大的发展潜力

<正>10年来,以扫描探针显微技术(SPM)为代表的各种表面分析技术,尤其是原子力显微技术(AFM),在计量学及表面表征领域已成为科学家     

基于原子力显微镜和分子动力学的纳米压痕技术研究

利用原子力显微镜对真空蒸发镀膜技术制得的单晶铜薄膜试件进行了纳米压痕试验。通过进行各种压痕深度下的试验,获得了压痕深度对试件力学性能的影响关系。试验得到的试件弹性模量为67.0 GPa±6.9 GPa。试件的硬度值随着压痕深度的减小而不断增大,表现出强烈的尺寸效应。在原子力显微镜试验的同时,使用分子动力学仿真方法对单晶铜薄膜的纳米压痕过程进行了研究。仿真结果表明单晶铜薄膜的纳米压痕的力学机理不是位错在晶体中运动产生的塑性变形,而是非晶态产生的变形,从而解释了尺寸效应产生的原因。     

血小板制样对原子力显微镜成像技术的影响

血小板在止血、伤口愈合、炎症反应、血栓形成及器官移植排斥等生理和病理过程中有重要作用。在血小板的活化研究中,原子力显微镜可以提供确凿的形貌支持,实验中血小板制样的成功与否直接决定最后的成像。选用了云母片和硅片两种基底,采用先点样和先固定两种不同的制样方法来观察原子力显微镜成像,并总结了实验中常见的问题。成像结果显示,无论是先点样还是先固定,都可以得到很好的血小板形貌图。但在血小板的制样过程中,还有很多关键因素,如硅烷化不完整引起的溶血,动作不够轻柔引起的血小板过度活化,操作不规范引起的样品表面不平整等,在以后的实验中都应该尽量避免,更好的提供血小板研究的影像学支持。     

原子力显微镜观察大豆异黄酮类小分子纳米形貌及与血小板的相互作用

通过原子力显微镜观察水溶液中分散的大豆异黄酮类小分子(三羟基异黄酮-Lys-Lys-PD)形貌,及其与未活化、活化的血小板相互作用后血小板的形貌变化。结果:三羟基异黄酮-Lys-Lys-PD在水溶液中呈均匀颗粒分布,且颗粒分布比较均一,与未血小板作用后,其在血小板表面的形貌依然可以通过AFM考察,且能够明显观察到其与活化的血小板作用后,血小板的伪足与聚集状态明显减少。     

原子力显微镜在活体微生物实时动态观测中的应用

本文运用原子力显微镜的实时成像技术,通过探索制样条件和调节仪器参数,对活体大肠杆菌进行原位实时动态观测。文中探讨研究了生理盐水、PBS磷酸缓冲液以及Tris-HCl缓冲液洗涤之后细菌的形态变化。结果表明,采用Tris-HCl缓冲液洗涤后的细菌仍然保持良好的状态,菌体饱满光滑,没有出现干瘪塌陷或是形成多细胞聚集体的现象,能够真实反映细菌的形态以及表面微结构。另外,调节原子力显微镜回馈信号的积分增益和力学参数,比较长时间实时动态观测下细菌形貌的差异,优化仪器参数设置。经过两个小时的连续观察,细菌依然保持良好的状态,菌体完整饱满,表面平整光滑,实现了活体微生物的原位实时动态观测。     

Experimental Considerations when Characterizing Materials Friction with Atomic Force Microscopy

Operational details and experimental methodology regarding the use of atomic force microscopy for the measurement of tribological data are discussed. Data are presented that highlight both the concerns associated with instrumental alignment and the benefits of comprehensive friction–load data collected at microscopic length scales.     

原子力显微镜在蛋白质研究中的应用

AFM对于蛋白质的研究是一个极好的工具,它可以进行表面成像、分析蛋白质的大小和体积、测量蛋白质空间结构,表征蛋白质的结构与功能、了解分子间的相互作用等等。本文主要从AFM样品制备及其在蛋白质研究中的应用等几个方面进行了系统地阐述。     

TMX2000型原子力显微镜(AFM)力的标定

根据针尖的形状和各项参数进行了TMX2000型原子力显微镜载荷、粘附力、法向力、横向力及其摩擦力的标定。其标定结果为载荷Fl=0.073×(Ilm-Il0)/Sn×N·m-1,横向力Ft=0.156×It/Sn×N·m-1,摩擦力Ff=0.078×(It -It-)/Sn×N·m-1     

人脐静脉内皮细胞形貌与表面粘附力的原子力显微镜表征

目的:探讨原子力显微镜(AFM)在研究人脐静脉内皮细胞(ECV304)表面形貌、超微结构及纳米机械性质等方面的应用,讨论ECV304超微结构和机械性质与其功能的关系。方法:利用AFM对ECV304细胞的表面形貌及生物机械性质进行表征与测量。结果:在AFM下观察到用普通光学显微镜难以观察到的ECV304细胞的独特的形态结构,如细胞骨架、伪足及细胞边缘微丝等。ECV304细胞呈现长梭形、多角形、圆形等多种形态,细胞表面平均粗糙度为320.52±75.98 nm,表面均匀分布微绒毛,细胞周围有铺展的圆盘状物质。力曲线定量分析得出针尖与细胞表面的非特异性粘附力为75±14 pN。结论:通过AFM成像和力曲线测量表明,ECV304细胞呈圆形,多角形,梭形等多种形态,针尖与细胞膜表面问的粘附力比较小,约75±14pN。     

基于分子动力学的原子力显微镜表面成像

基于非接触式原子力显微镜针尖扫描成像机理,应用分子动力学方法采用非刚性针尖-表面原子团簇相互作用模型,模拟超低温环境下,非接触式原子力显微镜单晶硅针尖扫描单晶硅(111)-(7×7)表面成像过程.仿真计算采用两种原子间经验势函数描述针尖-表面原子间相互作用,两种晶向针尖末端模型都实现了对单晶硅(111)-(7×7)表面原子级分辨率仿真成像,在某些超原子级分辨率仿真图像中在单晶硅(111)-(7×7)表面Adatom原子位置出现了的双月牙峰形结构,模拟计算与成像试验文献中得到的图像基本一致.同时对采用确定的势函数及确定的晶向针尖末端,实现稳定成像的扫描针尖-表面距离进行讨论.扫描过程中针尖和被测表面形貌轻微改变,对扫描成像结果影响不大.     

Trypsin-Banding Induced Volume Changes of Human Metaphase Chromosomes Analyzed by Scanning Force Microscopy

A procedure for volume estimation based on scanning force microscopy images is applied to the study of banding-induced structural changes of chromosomes. Therefore, metaphase chromosomes were imaged before and after trypsin digestion, and the resulting three-dimensional data sets were used for a determination of the volumes of the imaged structures. The procedure is based on a histogram-based thresholding. The estimated volume is corrected for the background signal using the average background value from the histogram, so that an automated analysis of the images is possible. A first set of experimental data processed according to this approach is presented.     

Imaging and Measuring the Molecular Force of Lymphoma Pathological Cells Using Atomic Force Microscopy

Atomic force microscopy (AFM) provides a new technology to visualize the cellular topography and quantify the molecular interactions at nanometer spatial resolution. In this work, AFM was used to image the cellular topography and measure the molecular force of pathological cells from B‐cell lymphoma patients. After the fluorescence staining, cancer cells were recognized by their special morphological features and then the detailed topography was visualized by AFM imaging. The AFM images showed that cancer cells were much rougher than healthy cells. CD20 is a surface marker of B cells and rituximab is a monoclonal antibody against CD20. To measure the CD20‐rituximab interaction forces, the polyethylene glycol (PEG) linker was used to link rituximab onto the AFM tip and the verification experiments of the functionalized probe indicated that rituximab molecules were successfully linked onto the AFM tip. The CD20‐rituximab interaction forces were measured on about 20 pathological cells and the force measurement results indicated the CD20‐rituximab binding forces were mainly in the range of 110–120 pN and 130–140 pN. These results can improve our understanding of the topography and molecular force of lymphoma pathological cells. SCANNING 35:40‐46, 2013. © 2012 Wiley Periodicals, Inc.