本篇帶你了解原子力顯微鏡的三種主要的應(yīng)用方法面

更新時(shí)間：2022-09-15

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　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，生命科學(xué)開始向定量科學(xué)方向發(fā)展。大部分實(shí)驗(yàn)的研究重點(diǎn)已經(jīng)變成生物大分子，特別是核酸和蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)及其相關(guān)功能的關(guān)系。

　　因?yàn)樵恿︼@微鏡的工作范圍很寬，可以在自然狀態(tài)(空氣或者液體)下對生物醫(yī)學(xué)樣品直接進(jìn)行成像，分辨率也很高。因此，原子力顯微鏡已成為研究生物醫(yī)學(xué)樣品和生物大分子的重要工具之一。

　　原子力顯微鏡應(yīng)用主要包括三個(gè)方面：生物細(xì)胞的表面形態(tài)觀測;生物大分子的結(jié)構(gòu)及其他性質(zhì)的觀測研究;生物分子之間力譜曲線的觀測。

　　1、對生物細(xì)胞的表面形態(tài)觀察

　　原子力顯微鏡可以用來對細(xì)胞進(jìn)行形態(tài)學(xué)觀察，并進(jìn)行圖像的分析。通過觀察細(xì)胞表面形態(tài)和三維結(jié)構(gòu)，可以獲得細(xì)胞的表面積、厚度、寬度和體積等的量化參數(shù)等。

　　例如，利用AFM可以對感染病毒后的細(xì)胞表面形態(tài)的改變、造骨細(xì)胞在加入底物(鈷鉻、鈦、鈦釩等)后細(xì)胞形態(tài)和細(xì)胞彈性的變化、GTP對胰腺外分泌細(xì)胞囊泡高度的影響進(jìn)行研究。

　　利用AFM還可以對自由基損傷的紅細(xì)胞膜表面精細(xì)結(jié)構(gòu)的研究，直接觀察到自由基損傷，以及加女貞子保護(hù)作用后，對紅細(xì)胞膜分子形態(tài)學(xué)的影響。

　　2、生物分子間力譜曲線的觀測

　　對生物分子表面的各種相互作用力進(jìn)行測量，是原子力顯微鏡的一個(gè)十分重要的功能。這對于了解生物分子的結(jié)構(gòu)和物理特性是非常有意義的。

　　因?yàn)檫@種作用力決定兩種分子的相互吸引或者排斥，接近或者離開，化學(xué)鍵的形成或者斷裂，生物分子立體構(gòu)像的維持或者改變等等。在分子間作用力的支配下，還同時(shí)支配著生物體內(nèi)的各種生理現(xiàn)象、生化現(xiàn)象、藥物藥理現(xiàn)象，以及離子通道的開放或關(guān)閉，受體與配體的結(jié)合或去結(jié)合，酶功能的激活或抑制等等。

　　因此，生物分子間作用力的研究，在某種意義上說，就是對生命體功能活動中最根本原理的研究。這也為人們理解生命原理，提供了一個(gè)新的研究手段和工具。

　　將兩種分子分別固定于AFM的基底和探針尖上。然后使帶有一種分子的探針尖在垂直方向上不斷地接近和離開基底上的另一種分子。這時(shí)，兩種分子間的相互作用力，就是二者間的相對距離的函數(shù)。這種力與距離間的函數(shù)關(guān)系曲線，稱之為力譜曲線。

　　利用原子力顯微鏡獲得的力譜曲線在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用：在探測一個(gè)細(xì)胞之后，根據(jù)所遇到的阻力，原子力顯微鏡就會賦予一個(gè)表明細(xì)胞柔軟度的數(shù)值。

　　研究人員發(fā)現(xiàn)，盡管正常細(xì)胞的硬度各有不同，但癌細(xì)胞比正常細(xì)胞要柔軟得多，所研究的胰腺、肺部和乳腺細(xì)胞均是如此。

　　一些腫瘤的細(xì)胞可能比另外一些更為堅(jiān)硬，那就意味著這些腫瘤惡化轉(zhuǎn)移的可能性較小，對病人的威脅也較小。利用原子力顯微鏡還可以研究不同藥物對癌細(xì)胞的影響。針對細(xì)胞用藥后，AFM可以觀察在藥物的作用下細(xì)胞的變化情況。這樣可以開發(fā)出比當(dāng)前所用的藥物毒性更小、但同樣能夠阻止正常細(xì)胞發(fā)生癌變的藥物，以免因癌癥擴(kuò)散而危及生命。