本篇带你了解原子力显微镜的三种主要的应用方法面

更新时间：2022-09-15

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　　随着科学技术的发展，生命科学开始向定量科学方向发展。大部分实验的研究重点已经变成生物大分子，特别是核酸和蛋白质的结构及其相关功能的关系。

　　因为原子力显微镜的工作范围很宽，可以在自然状态(空气或者液体)下对生物医学样品直接进行成像，分辨率也很高。因此，原子力显微镜已成为研究生物医学样品和生物大分子的重要工具之一。

　　原子力显微镜应用主要包括三个方面：生物细胞的表面形态观测;生物大分子的结构及其他性质的观测研究;生物分子之间力谱曲线的观测。

　　1、对生物细胞的表面形态观察

　　原子力显微镜可以用来对细胞进行形态学观察，并进行图像的分析。通过观察细胞表面形态和三维结构，可以获得细胞的表面积、厚度、宽度和体积等的量化参数等。

　　例如，利用AFM可以对感染病毒后的细胞表面形态的改变、造骨细胞在加入底物(钴铬、钛、钛钒等)后细胞形态和细胞弹性的变化、GTP对胰腺外分泌细胞囊泡高度的影响进行研究。

　　利用AFM还可以对自由基损伤的红细胞膜表面精细结构的研究，直接观察到自由基损伤，以及加女贞子保护作用后，对红细胞膜分子形态学的影响。

　　2、生物分子间力谱曲线的观测

　　对生物分子表面的各种相互作用力进行测量，是原子力显微镜的一个十分重要的功能。这对于了解生物分子的结构和物理特性是非常有意义的。

　　因为这种作用力决定两种分子的相互吸引或者排斥，接近或者离开，化学键的形成或者断裂，生物分子立体构像的维持或者改变等等。在分子间作用力的支配下，还同时支配着生物体内的各种生理现象、生化现象、药物药理现象，以及离子通道的开放或关闭，受体与配体的结合或去结合，酶功能的激活或抑制等等。

　　因此，生物分子间作用力的研究，在某种意义上说，就是对生命体功能活动中最根本原理的研究。这也为人们理解生命原理，提供了一个新的研究手段和工具。

　　将两种分子分别固定于AFM的基底和探针尖上。然后使带有一种分子的探针尖在垂直方向上不断地接近和离开基底上的另一种分子。这时，两种分子间的相互作用力，就是二者间的相对距离的函数。这种力与距离间的函数关系曲线，称之为力谱曲线。

　　利用原子力显微镜获得的力谱曲线在生物医学中的应用：在探测一个细胞之后，根据所遇到的阻力，原子力显微镜就会赋予一个表明细胞柔软度的数值。

　　研究人员发现，尽管正常细胞的硬度各有不同，但癌细胞比正常细胞要柔软得多，所研究的胰腺、肺部和乳腺细胞均是如此。

　　一些肿瘤的细胞可能比另外一些更为坚硬，那就意味着这些肿瘤恶化转移的可能性较小，对病人的威胁也较小。利用原子力显微镜还可以研究不同药物对癌细胞的影响。针对细胞用药后，AFM可以观察在药物的作用下细胞的变化情况。这样可以开发出比当前所用的药物毒性更小、但同样能够阻止正常细胞发生癌变的药物，以免因癌症扩散而危及生命。

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