原子力显微镜..ppt

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1、原子力显微镜atomicforcemicroscopy报告人：易静楠目录原子力显微镜简介原子力显微镜的应用原子力显微镜与其他技术的联用原子力显微镜技术展望原子力显微镜简介Ⅰ发展状况※16世纪末，荷兰的眼镜商ZacchariasJanssen,第一台复式显微镜，倍数太低※Leeuwenhoek磨制的单片显微镜的放大倍数将近300倍※1938年，德国工程师MaxKnoll和ErnstRuska制造出了世界上第一台透射电子显微镜（TEM）※1952年，英国工程师CharlesOatley制造出了第一台扫描电子显微镜（SEM）至此，电子显微镜的分辨率达到纳米级※1983年，IB

2、M公司苏黎世实验室的两位科学家GerdBinnig和HeinrichRohrer发明了扫描隧道显微镜（STM），但只能测导体和部分半导体※1985年，IBM公司Binning和Stanford大学的Quate研发出了原子力显微镜（AFM），弥补了STM的不足Ⅱ工作原理Ⅲ工作模式AFM检测试件表面微观形貌时，现在采用三种不同的扫描成像模式：1)接触扫描成像模式(contactmode)，2)非接触扫描成像模式或抬高扫描成像模式(non-contactmode或liftmode),3)轻敲扫描成像模式(tappingmode)在生物医学研究中，最常用的一种模式是敲击模式。敲

3、击模式能在一定程度上减小样品对针尖的粘滞现象，因为针尖与样品表面接触时，利用其振幅来克服针尖-样品间的粘附力。并且由于敲击模式作用力是垂直的，表面材料受横向摩擦力和剪切力的影响都比较小，减小扫描过程中针尖对样品的损坏。所以对于较软以及粘附性较大的样品，尽量选用敲击模式。Ⅳ主要特点作为一种新兴的超微结构成像技术，AFM实现了对接近自然生理条件下生物样品的观察，在功能方面的优势明显强于扫描电子显微镜和透射电子显微镜。这主要由于它有以下几个独特的优点。①AFM技术的样品制备简单，甚至无需处理，对样品破坏性较其他生物学常用技术(如电子显微镜)要小得多。②AFM在操作时样品无须导

4、电、无须低温真空等条件。③AFM能在多种环境(包括空气、液体和真空)中运作，生物分子可在其生理条件下直接成像，还能对活细胞进行实时动态观察。④AFM能提供生物分子和生物表面的分子／亚分子高分辨率的三维图像。⑤AFM也能以纳米尺度的分辨率观察局部的电荷密度和物理特性，测量生物大分子间(如受体和配体)的相互作用力。⑥AFM能对单个生物分子进行操纵，如可搬动原子、切割染色体、在细胞膜上打空等⑦现场操作性好，载体选择更简单。⑧由AFM获得的信息还能与其他的分析技术和显微镜技术互补。原子力显微镜技术应用一在生命科学中的应用原子力显微镜(AFM)不仅仅能对单个分子进行观测，而且还能

5、对单个分子进行自由操纵。到目前为止AFM的研究已从原子、小分子、有机分子、高分子直至生物分子，涉及到生物技术、微探测及纳米技术、微电子技术、实际生产等方面，其在物理、化学、医学、材料学以及微电子学等方面都有广泛的应用前景。下面介绍主要的几个方面。◆在核酸研究中的应用⑴对DNA分子的成像及其自组装研究。1992年，Bustamante等利用AFM得到分辨率达分子级水平的可重复质粒DNA图像，并可估算分子宽度和高度，这是原子力显微镜研究生物大分子的一项重大突破。⑵对DNA特性的研究,包括对DNA的尺寸大小、弹性以及环境条件对DNA本身的影响。Peter等利用AFM估算出DN

6、A分子的宽度和高度。⑶AFM不仅可以研究整个复合物分子立体结构和空间构象，同时还可以利用某些特殊抗体蛋白或RNA分子在缓冲体系中与DNA相互作用过程中重要结构参数变化来探究DNA区域分子构型，这是DNA研究的一个热点。⑷利用AFM可以控制生物大分子，调整生命的遗传与死亡规律，也可以在纳米尺度内将染色体的单拷贝基因复制扩增，切割剔除异常的碱基对，引起病理变化的逆转。◆在蛋白质研究中的应用目前，所有已知的生物功能必须通过蛋白才能实现，而作为遗传物质的基因也必须经蛋白表达以后才能显示出各种生物的遗传性状，因此对于蛋白质的研究显得极其重要与急迫。AFM对于蛋白质的研究是一个极好

7、的工具，它不仅可以测量蛋白质(包括酶)的大小、空间结构，也可以测量复合物中蛋白质的数量、单分子表面的粘弹性，还可以了解分子间的相互作用和实施对单分子的操纵等。⑴在蛋白质单分子外形上的应用。如在质子泵和离子泵研究上的应用；在与光合作用相关蛋白质研究方面的应用等。⑵在蛋白质表面物理特性的研究上，AFM也起着重要的作用。例如对蛋白质表面的粘弹性的研究；蛋白质静电特性的测量。⑶利用AFM可以研究蛋白质的结构。例如对蛋白质的抗体标记或酶消化的鉴定；多肽末端移除的鉴定和多肽环置换或移出的鉴定等。⑷也有大量的研究集中在蛋白质的功能特性方面。例如，Dan