技術服務上新，解鎖納米級原子力顯微鏡（AFM）：納米尺度生物研究的核心工具及技術服務介紹
你知道嗎？在我們肉眼看不到的納米世界里，DNA的雙螺旋在悄悄扭動，細胞表面的微絨毛像小觸角一樣輕輕擺動，就連病毒顆粒的 “皮膚” 都有獨特的彈性 —— 而這些生命的隱秘細節，都逃不過原子力顯微鏡（AFM） 的 “法眼”。
今天，我們就來聊聊這個能 “看” 能 “摸” 的納米級神器，以及它如何幫科研人揭開生物世界的微觀奧秘。
悄悄說一句：咱們靈賦拓普的技術服務又上新啦！
AFM相關測試現已開放承接
有需要的小伙伴可以
直接拉到文末了解詳情哦～
原子力顯微鏡（AFM）是基于掃描探針技術的超高分辨率成像設備，其核心原理是通過探測探針與樣品表面間的微弱相互作用力（如范德華力、靜電力等），將力信號轉化為電信號，進而重構樣品表面的三維形貌。
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超高分辨率：可達到 0.1 nm 級縱向分辨率，實現近原子尺度的結構觀察。
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多模式成像：
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-接觸模式：利用原子間斥力成像，分辨率高但可能損傷軟樣品，適用于硬度較高的生物晶體等。
-非接觸模式：基于原子間吸引力，對軟樣品損傷小，適用于細胞等，但分辨率略低。
-輕敲模式：探針高頻振動并與樣品瞬時接觸，兼顧高分辨率與樣品保護性，是生物大分子研究的常用模式。
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環境兼容性：可在大氣、液體（接近生理環境）中操作，支持活細胞、生物分子的實時動態觀察。
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多功能集成：除形貌成像外，可同步測量樣品的力學特性（彈性模量、粘附力等），為結構 - 功能關聯研究提供數據支撐。
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DNA 研究：可清晰呈現雙螺旋結構的周期性特征，捕捉不同離子強度、pH 條件下的構象變化（如舒展、折疊或超螺旋狀態），為理解 DNA 復制、轉錄的結構基礎提供依據。
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蛋白質分析：在接近生理條件下觀察蛋白質的天然構象及動態變化，例如實時監測酶與底物結合前后的結構差異，或肌紅蛋白在不同氧分壓下的構象轉變。
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分子間相互作用：通過修飾探針與樣品表面，可直接觀測 DNA - 蛋白質（如轉錄因子與特定序列的結合位點）、蛋白質 - 蛋白質（如抗體 - 抗原）的相互作用模式，并量化作用力大小，為分子機制研究提供關鍵數據。
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形貌觀察：采用輕敲模式可無損成像細胞表面的微絨毛、褶皺等精細結構，通過對比正常細胞與病變細胞（如癌細胞）的表面特征，為疾病診斷提供形態學標志物。
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力學參數測量：
-彈性模量：通過力曲線模式計算水凝膠或者細胞等的彈性特征，例如心肌梗死區域細胞的彈性模量與正常區域存在顯著差異，為心肌疾病的病理機制研究提供線索。
-粘附力：測量水凝膠或細胞與基底間粘附力及粘附能大小，如腫瘤轉移研究中，癌細胞與血管內皮細胞的粘附力差異可直接關聯其轉移潛能。
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形態與結構分析：AFM 可在近生理環境下清晰成像病毒顆粒的整體形態（如流感病毒的球形結構、表面刺突蛋白），為病毒分類與鑒定提供高分辨率數據。
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力學特性評估：同步測量病毒外殼的彈性、硬度等參數，例如 HIV 病毒的表面力學特性與其感染能力的關聯，為抗病毒藥物靶點設計提供新思路。
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疫苗研發支持：通過監測疫苗病毒顆粒的穩定性及結構完整性，為疫苗質量控制提供量化指標。
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支架優化：分析生物支架的表面粗糙度、孔隙率等參數，例如骨組織工程中，特定粗糙度的支架可顯著促進骨細胞的粘附與增殖，為支架設計提供優化依據。
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植入體評估：研究植入體（如心臟起搏器電極）表面的化學與物理特性對生物相容性的影響，例如表面親水性處理可降低炎癥反應，提升植入體性能。
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人工器官開發：模擬天然組織（如血管內膜）的表面結構，指導人工血管的制備，通過 AFM 驗證其抗凝血性與細胞相容性。
利用單分子力譜技術研究蛋白質
解折疊過程的分子動力學行為
通過精準操控探針與蛋白質分子的相互作用，捕捉蛋白質在解折疊過程中構象變化的力學信號。例如，在研究某些功能蛋白（如分子伴侶蛋白）時，可清晰觀測到其在協助底物蛋白正確折疊或應對外界壓力（如溫度、化學物質刺激 ）時，自身結構及與底物作用的動態力學過程，為解析蛋白質折疊異常相關疾?。ㄈ绨柎暮Ｄ≈械矸蹣拥鞍族e誤折疊機制 ）提供關鍵數據支撐，相關研究成果發表于 Science, 3 Mar 2017, Vol 355, Issue 6329, 945 - 950 。
針對不同生物分子界面（如蛋白質 - 核酸、脂質 - 蛋白等界面 ），運用單分子力譜技術，定量測定分子間相互作用的強度數值。通過改變分子結構（如對蛋白質關鍵結構域進行定點突變、修飾核酸鏈化學基團 ），系統探究分子結構對相互作用強度的影響規律。比如在研究細胞膜上受體 - 配體相互作用時，明確受體特定結構域的改變如何影響與配體結合的親和力，助力藥物研發中靶點分子的精準設計，相關成果見 Nature Communications volume 11, Article number: 3895 (2020) 。
對于生物醫用微納材料（如納米藥物載體、組織工程支架材料等 ），利用 AFM 結合 hertz 模型，可實現對材料不同區域模量分布的精準測試。以多孔支架材料為例，能清晰獲取支架內部孔隙周邊、不同材質摻雜區域的模量差異，指導優化材料制備工藝，確保材料力學性能與生物體內環境適配，該方向研究有成果發表于 Nature Communications volume 10, Article number: 4954 (2019) 。
構建病原體（如細菌、病毒 ）與細胞表面受體作用的模擬體系，借助單分子力譜技術，模擬生理及病理狀態下病原體與細胞的相互作用過程。聚焦于連接蛋白中的酯鍵，研究其在病原體侵襲、細胞信號傳導等過程中對蛋白機械強度的影響，為開發阻斷病原體感染的新型藥物（如靶向破壞關鍵酯鍵作用的小分子藥物 ）提供理論依據，相關研究成果發布于 Nature Communications volume 12, Article number: 5092 (2021) 。
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測試內容：三維形貌成像，量化表面粗糙度（Ra、Rq、Rmax）、顆粒尺寸分布、臺階高度、孔洞深度 / 體積等參數。
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適用樣品：細胞、生物膜、細菌、納米顆粒、生物支架表面等。
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技術優勢：近原子尺度分辨率，支持生理環境下的無損成像，保留樣品天然狀態。
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測試原理：通過修飾探針與樣品表面，記錄分子間作用的力 - 距離曲線，分析相互作用力大小與作用模式。
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應用方向：DNA - 蛋白質、蛋白質 - 蛋白質、蛋白質 - 多糖等分子間相互作用研究，適用于基因調控、免疫機制等領域。
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測試參數：基于力曲線模式，采用赫茲模型計算細胞彈性模量；通過探針 - 細胞接觸 / 分離過程，測量細胞粘附力。
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潛在應用：癌細胞與正常細胞的力學特性差異分析、藥物對細胞力學的影響評估、組織工程中的細胞 - 支架相互作用研究。
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測試內容：表征生物材料與細胞 / 組織界面的微觀結構（粗糙度、結合方式、物質分布），評估生物相容性、穩定性及降解行為。
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典型案例：骨植入體與骨組織的界面結合分析、可降解材料的降解過程監測。
1. 樣品準備規范
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樣品類型：支持生物大分子（DNA、蛋白質）、細胞（貼壁培養）、組織切片（厚度 10-20μm）、生物材料（塊狀 / 粉末 / 溶液）等。
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制樣要求：
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-細胞制備樣品：細胞在培養皿中貼壁培養（培養皿規格：直徑在35mm-100mm之間），覆蓋率最好在 50%-70%左右，不宜過密也不宜過稀。盡量保證都是活細胞，緊密貼壁，減少死細胞及漂浮物影響。可以預先在光學顯微鏡下觀測細胞培養狀態，再決定是否進行 AFM 掃圖表征。
-組織樣品：腫瘤組織，最好是新鮮樣本（冰凍切片）直接檢測，不需要甲醛固定或者組織透明化 。
-液體 / 粉末樣品：需超聲分散（默認 5 分鐘），分散劑可選水、IPA、酒精等（特殊分散劑需自行處理）。
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運輸注意事項：細胞、組織等易變質樣品需冷運（干冰或冷藏），避免劇烈振動。
2. 測試流程
a.樣品安裝與探針調試：根據樣品狀態固定（塊狀用導電膠帶，液體用液體池），校準激光與光斑位置。
b.模式與參數設置：根據樣品特性選擇測試模式（如輕敲模式），設定掃描范圍 1μm×1μm 至 100μm×100μm、速率（1-2Hz）及增益參數。
c.數據采集與分析：實時成像并優化參數，掃描完成后用 NanoScope Analysis 等軟件處理數據，輸出形貌圖及量化參數。