生物原子力显微镜是一种以物理学原理为基础,通过扫描探针与样品表面原子相互作用而成像的新型表面分析仪器。利用一个很尖的探针对样品扫描,探针固定在对探针与样品表面作用力极敏感的微悬臂上。悬臂受力偏折会引起由激光源发出的激光束经悬臂反射后发生位移。检测器接受反射光,最后接受信号经过计算机系统采集、处理、形成样品表面形貌图像。
1、对细胞和细胞器的观察
原子力显微镜Z重要的特点是,在接近自然生理条件下,可以在原子和分子水平研究生物组织结构;测量表面的粘弹性、摩擦力等,因此,可以获得更多信息。利用相应的软件,对得到的图像进行量化分析处理,可以得到细胞细胞器的厚度、宽度、表面积、体积及其特征比较等量化参数。
通常细胞可以很好的吸附在基底上,不会被探针推走。到目前为止原子力显微镜观测细胞的分辨率一般为20~50nm,虽不足以分辨出细胞表面的蛋白,但可以观测到质膜的重排、骨架的移动等。
2、对细胞形态变化的动态观察
原子力显微镜能够对活细胞在生理、病理条件下,跟踪形态结构的变化,进行动态观察。改变活细胞溶液的环境,如pH值、离子浓度等参数,引发细胞形态结构的改变,利用原子力显微镜进行动态观察。例如,对于饱和PC双层膜,少量的tris可以产生波纹相,证明了溶液中的分子是细胞波纹相存在的重要因素。而在此之前,一般认为波纹相是磷质脂质体固有的性质。
3、生物大分子超微细结构的观察
原子力显微镜成像的意义,不仅能够在分子水平了解大分子形态,更重要的是在成像的基础上,用原子力对生物大分子的其它性能进行研究,如抗原-抗体之间的作用力,生物膜的亲疏水性等的研究。