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(shí)間，主要應(yīng)用于電化學(xué)、材料科學(xué)等領(lǐng)域。近些年，人們逐漸探索著運(yùn)用AFM對(duì)生物樣品進(jìn)行納米水平的觀測(cè)及顯微操作等。與其它顯微鏡相比，AFM的納米量級(jí)的高空間分辨率尤為突出，橫向分辨率可達(dá)0.1～0.2nm，縱向分辨率高達(dá)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(shí)時(shí)動(dòng)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(duì)這項(xiàng)納米技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)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(shí)現(xiàn)了對(duì)接近自然生理?xiàng)l件下生物樣品的觀察。這主要由于它具備以下幾個(gè)特點(diǎn):

　　1).與掃描電鏡和透射電鏡這些高分辨的觀測(cè)技術(shù)相比，樣品制備過程簡(jiǎn)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(duì)大氣中干燥固定后樣品的觀察外，還能對(duì)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(xì)胞及蛋白、多糖、核酸等生物大分子結(jié)構(gòu)的研究中。對(duì)一個(gè)細(xì)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(duì)膜上的離子通道、絲狀偽足、細(xì)胞間連接等細(xì)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(duì)細(xì)胞表面與表面下結(jié)構(gòu)相互作用的進(jìn)一步研究非常有利。

　　2. 力學(xué)特性

　　由于利用AFM可對(duì)掃描各點(diǎn)高度及作用力的測(cè)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(xué)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(zhǔn)確的力學(xué)感應(yīng)性相結(jié)合，是AFM的一個(gè)極為顯著的特點(diǎn)。通過將探針連接在彈性系數(shù)很小的懸臂上，AFM對(duì)力的測(cè)量敏感性可達(dá)到pn水平。到目前為止，AFM已經(jīng)廣泛地運(yùn)用于測(cè)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(duì)生物分子結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能進(jìn)行分析。例如，蛋白質(zhì)依靠多種非共價(jià)作用而保持其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，通過機(jī)械或化學(xué)的方法將蛋白伸展后，可以利用AFM直接測(cè)量穩(wěn)定蛋白結(jié)構(gòu)的作用力，并進(jìn)一步探究這些力對(duì)蛋白結(jié)構(gòu)的影響。近幾年AFM對(duì)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(diǎn)。另外，AFM還能夠測(cè)量單個(gè)分子間微弱的非共價(jià)力。例如測(cè)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(duì)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(yuǎn)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(cè)量中，有可能會(huì)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(rèn)真地選擇對(duì)照實(shí)驗(yàn)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(qiáng)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(shí)際的作用力。

　　4. 顯微操作

　　通過在納米級(jí)水平調(diào)控探針的位置和施加力，AFM可以實(shí)現(xiàn)對(duì)生物分子進(jìn)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(shí)即可對(duì)樣品進(jìn)行操作。施加力的范圍主要由懸臂的力學(xué)常數(shù)和探針粗細(xì)決定。與標(biāo)準(zhǔn)顯維切割技術(shù)相比，AFM對(duì)目標(biāo)區(qū)域切割、提取等操作具有更準(zhǔn)確的特點(diǎn)。

布魯克Bruker生物型原子力顯微鏡 Resolve

與倒置光學(xué)顯微鏡聯(lián)用，實(shí)現(xiàn)了高分辨的原子力顯微鏡成像和完整的細(xì)胞力學(xué)性質(zhì)測(cè)量。

PeakForce Tapping技術(shù)，每一像素點(diǎn)均有pN級(jí)力學(xué)測(cè)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(diǎn)上皮牛級(jí)(pN)的力學(xué)測(cè)量和力譜分析。該系統(tǒng)對(duì)光學(xué)圖像和原子力顯微鏡數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)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(xué)特性在內(nèi)的多重信息，為生命科學(xué)的深入研究提供了*的技術(shù)平臺(tái)。

針對(duì)軟的生物樣品，定量的力學(xué)性質(zhì)成像，操作簡(jiǎn)單

•活細(xì)胞，快速高分辨力學(xué)成像。PeakForce QNM和FASTForce Volume，提供寬泛靈活的測(cè)量頻率和定量的性質(zhì)成像。此外，更高的成像速度和自動(dòng)測(cè)量能力，也能在更少的時(shí)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(jí)AFM成像的同時(shí)，快速實(shí)現(xiàn)力學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)交互作用的定量成像。BioScope Resolve能夠?yàn)榉肿雍突罴?xì)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(xì)節(jié)。該功能的實(shí)現(xiàn)，主要是通過穩(wěn)定的儀器設(shè)計(jì)、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(jiǎn)便而重復(fù)地獲得亞分子級(jí)的分辨率。

光學(xué)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(xué)顯微鏡能結(jié)合能定量的對(duì)生物精細(xì)結(jié)構(gòu)成像。該系統(tǒng)有*的設(shè)計(jì)，能夠提供開放樣品取放空間，且與光學(xué)顯微鏡*融為一體。研究人員能夠完美地將實(shí)時(shí)光學(xué)成像和AFM成像結(jié)合起來。

Bioscope Resolve是由生物學(xué)家研發(fā)而為生物學(xué)家設(shè)計(jì)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(xué)顯微鏡

透射光凝汽器

共聚焦激光掃描

照相機(jī)：支持所有相機(jī)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(cè)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(tái) 載物臺(tái)10mm x 10 mm