原子力顯微鏡在生物領(lǐng)域的應(yīng)用

　　原子力顯微鏡的發(fā)明，使我們對(duì)微觀生物體的觀察進(jìn)入更深的層次，而且由于原子力顯微鏡與樣品之間有力的直接作用，所以除了形貌信息之外，更可以得到樣品性能方面的信息。因此，在大大擴(kuò)大視野的同時(shí)，原子力顯微鏡為我們從不同角度認(rèn)識(shí)微觀世界提供了工具。

原子力顯微鏡的應(yīng)用

　　原子力顯微鏡不僅在準(zhǔn)生態(tài)環(huán)境條件下對(duì)活體生物細(xì)胞進(jìn)行觀察，還能觀測(cè)生物大分子的結(jié)構(gòu)。通過(guò)生物樣品在不同環(huán)境中的變化，對(duì)機(jī)體的生理、生化功能進(jìn)行研究。原子力顯微鏡另一個(gè)很有應(yīng)用前景的方面是可以測(cè)量生物樣品表面對(duì)探針的抵抗力、熒光性、以及表面電荷分布等的性能進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀察。

　　1、對(duì)細(xì)胞和細(xì)胞器的觀察

　　原子力顯微鏡Z重要的特點(diǎn)是，在接近自然生理?xiàng)l件下，可以在原子和分子水平研究生物組織結(jié)構(gòu);測(cè)量表面的粘彈性、摩擦力等，因此，可以獲得更多信息。利用相應(yīng)的軟件，對(duì)得到的圖像進(jìn)行量化分析處理，可以得到細(xì)胞細(xì)胞器的厚度、寬度、表面積、體積及其特征比較等量化參數(shù)。

　　通常細(xì)胞可以很好的吸附在基底上，不會(huì)被探針推走。到目前為止原子力顯微鏡觀測(cè)細(xì)胞的分辨率一般為20～50nm，雖不足以分辨出細(xì)胞表面的蛋白，但可以觀測(cè)到質(zhì)膜的重排、骨架的移動(dòng)等。

　　2、對(duì)細(xì)胞形態(tài)變化的動(dòng)態(tài)觀察

　　原子力顯微鏡能夠?qū)罴?xì)胞在生理、病理?xiàng)l件下，跟蹤形態(tài)結(jié)構(gòu)的變化，進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀察。改變活細(xì)胞溶液的環(huán)境，如pH值、離子濃度等參數(shù)，引發(fā)細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)的改變，利用原子力顯微鏡進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀察。例如，對(duì)于飽和PC雙層膜，少量的tris可以產(chǎn)生波紋相，證明了溶液中的分子是細(xì)胞波紋相存在的重要因素。而在此之前，一般認(rèn)為波紋相是磷質(zhì)脂質(zhì)體固有的性質(zhì)。

　　3、生物大分子超微細(xì)結(jié)構(gòu)的觀察

　　原子力顯微鏡成像的意義，不僅能夠在分子水平了解大分子形態(tài)，更重要的是在成像的基礎(chǔ)上，用原子力對(duì)生物大分子的其它性能進(jìn)行研究，如抗原-抗體之間的作用力，生物膜的親疏水性等的研究。

　　4、生物大分子的生理、生化過(guò)程觀察

　　原子力顯微鏡廣泛應(yīng)用于蛋白質(zhì)、核酸等大分子的形態(tài)和功能，生理、生化方面的動(dòng)態(tài)研究，因?yàn)?，它在基因轉(zhuǎn)錄和調(diào)節(jié)中起的重要作用，引起了醫(yī)學(xué)研究者的廣泛興趣，在此基礎(chǔ)上，還可以進(jìn)行分子水平的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)的研究。配備環(huán)境氣氛室原子力顯微鏡對(duì)這方面的研究起到很好的推動(dòng)作用。

　　5、對(duì)生物分子力的測(cè)量

　　利用修飾過(guò)的針尖，可以將毛細(xì)蛋白質(zhì)的兩端分別粘在基板和針尖上，進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)，測(cè)定蛋白質(zhì)在藥物處理前后的彈性。原子力顯微鏡還能夠在分子水平對(duì)溶液中的生物分子表面的各種相互作用力進(jìn)行測(cè)量。由予力對(duì)樣品表面性質(zhì)非常敏感，所以，根據(jù)檢測(cè)力的變化，獲得樣品表面非常豐富的信息，這些信息為解釋生物大分子的功能，從而開(kāi)展微小機(jī)械的研究奠定基礎(chǔ)。

生物用原子力顯微鏡的發(fā)展趨勢(shì)

　　由于原子力顯微鏡的原理相同，各家功能、所能達(dá)到的精度基本相同。原則上說(shuō)，只要配備有溶液池，就可以做基本的生物觀察。為了更加適應(yīng)生物醫(yī)學(xué)研究的需要，可控溫度、濕度、氣氛的環(huán)境氣氛原子力顯微鏡，成為生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域原子力顯微鏡發(fā)展的一個(gè)方向。另外，為了更加充分的利用原子力顯微鏡與樣品直接作用的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)微小機(jī)械，也已經(jīng)有了測(cè)量蛋白質(zhì)彈性等的軟件。