电镜显微分析——汇总版

1、原子力显微镜Atomic Force Microscopy1汇报人：堵莎莎、王维、吴斌资料收集：张丽丽、黄海花、张珏、应乐、万兰、刘文静12AFM主要内容一.发展历史及基本原理二.仪器构成及使用三.成像环境及样品制备四.应用及小结23显微镜发展史第一代：光学显微镜(1677) 列文虎克(Avon Leeuwenhoek) 活细胞观察第二代：电子显微镜(EM)(1933) 德国鲁斯卡(Ruska) 等人 第三代：扫描探针显微镜(SPM)(1982）瑞士科学家葛宾尼（Gerd Binnig）和海洛雷尔（Heinrich Rohrer）及同事EM透射电子显微镜（TEM）扫描电子显微镜（SEM）SPM

2、扫描隧道显微镜（STM）原子力显微镜（AFM）34AFM的发展简介1938年，德国工程师Max Knoll和Ernst Ruska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Charles Oatley制造出了第一台扫描电子显微（SEM）1985年，IBM公司的Binning和斯坦福大学的Quate研发出了原子力显微镜（AFM）（使用接触模式），弥补了STM的不足。1987年，出现非接触模式AFM。1991年，研制出微加工针尖。1993年，出现轻敲模式AFM。1996年，更小的悬臂，提高了分辨能力，缩短了扫描时间。45王柯敏学术小组AFM仪器SPA400 AFMJPK

3、NanoWizard II BioAFM56基本原理AFM基本原理成像原理三种工作模式概述力测定原理678 AFM是在STM 的基础上发展起来的，是通过测量样品表面分子(原子)与AFM微悬臂探针之间的相互作用力，来观测样品表面的形貌。AFM与STM的主要区别是以一个一端固定，而另一端装在弹性微悬臂上的尖锐针尖代替隧道探针，以探测微悬臂受力产生的微小形变代替探测微小的隧道电流。在压电扫描管控制下，探针上的针尖在Z轴方向上与样品表面接近，并在X轴和Y轴方向对样品表面进行光栅式扫描。由于针尖尖端的原子与样品表面的原子之间存在极微弱的相互作用力（10-12 10-6 N），微悬臂因此发生相应的弹性形变

4、。成像原理概述8ZYX使用“恒高”模式来获得图像，也就是在水平方向的扫描过程中，不使用反馈回路，仅保持针尖与样品之间的距离恒定，通过测量微悬臂Z轴方向的形变量来成像。由于不使用反馈回路，该模式可以采用更高的扫描速度，由于更大的凸起受到的力更大，对于表面起伏比较大的样品不适用，因而通常适用于分子级别成像。不常用。通过将激光束照射到微悬臂上，再反射到超灵敏光电检测器，收集检测器不同象限激光强度差值，可以对该弹性形变进行定量并将其反馈到回路，悬臂基座上下移动以适应样品表面的高低起伏，从而保持针尖与样品之间的作用力恒定，即保持微悬臂的形变量不变，通过光电探测系统在计算机上便可得到样品表面形貌的信息。这

5、种工作模式被称为“恒力”模式，是使用最广泛的扫描方式。成像原理两种模式9这里，常常使用PI反馈（proportional-intergeral feedback）控制成像过程。P：proportional，比例的意思，在PI中称为P gain(比例增益)。I：intergeral，积分的意思。在PI中称为I gain(积分增益)。设定点（setpoint）与实际值之间的差值被用来作为改变微悬臂高度的依据。积分增益控制所用到的时间值和比例增益所用到的比例值决定了如何更新高度的位置。这两个值控制了系统以多快的速度对样品的高度变化做出反应。扫图时需自行优化这两个参数。1011 利用原子之间（针尖原子

6、和样品表面原子）的范德华力（Van Der Waals Force）作用来呈现样品的表面特性。吸引部分排斥部分F pair d原子原子排斥力原子原子吸引力成像原理工作模式11接触模式（contact mode) 非接触模式（non-contact mode) 轻敲模式( tapping mode） 以针尖与样品之间的作用力的形式来分类，主要有以下三种操作模式：成像原理工作模式12 针尖始终向样品接触并简单地在表面上移动，针尖样品间的相互作用力是互相接触原子间存在的库仑排斥力，其大小通常为108 1011N。van der Waals force curve工作模式-接触模式（contact m

7、ode)13优点：可产生稳定、高分辨图像。缺点： 可能使样品产生相当大的变形，对柔软的样品造成破坏，以及破坏探针，严重影响AFM成像质量。适用于表面平整样品的表征。工作模式-接触模式（contact mode)14 相互作用力是范德华吸引力，远小于排斥力. van der Waals force curve 微悬臂以共振频率振荡，通过控制微悬臂振幅恒定来获得样品表面信息的。 工作模式-非接触模式（non-contact mode)15优点：对样品无损伤缺点： 1）分辨率要比接触式的低。 2）气体的表面压吸附到样品表面，造成图像 数据不稳定和对样品的破坏。工作模式-非接触模式（non-conta

8、ct mode)16 介于接触模式和非接触模式之间: 其特点是扫描过程中微悬臂也是振荡的并具有比非接触模式更大的振幅(5100nm)，针尖在振荡时间断地与样品接触。van der Waals force curve工作模式-轻敲模式( tapping mode）17优点： 1）分辨率几乎同接触模式一样好；具有与非接触模式对针尖与样品无损无污染的优点，特别适合生物大分子和细胞样品的成像。 2）接触非常短暂，因此剪切力引起的对样品的破坏几乎完全消失；缺点：由于共振频率可能会受液体环境波动影响，该模式的液下成像对系统配置要求较高。工作模式-轻敲模式( tapping mode）18三种工作模式的比较

9、1920力测定原理F = kz 由于AFM具有皮牛顿级的测力灵敏度，利用AFM测定单对分子间相互作用力的技术被称为单分子力显微术或单分子力谱(Single Molecular Force Spectroscopy，SMFS)。2021AFM力曲线及其原理示意图力测定原理2122力测定原理举例Liu Yang etc. /Nucleic Acids Research, 2007, Vol. 35, No. 212223主要内容一.发展历史及基本原理二.仪器构成及使用三.成像环境及样品制备四.应用及小结23力检测部分光学检测部分反馈电子系统压电扫描系统计算机控制系统仪器构成24压电扫描系统 压电转

10、换器将机械作用和电信号相互转换的物理器件 压电装置在X，Y，Z三个方向上精确控制样品或探针位置。 目前构成扫描器的基质材料主要是钛锆酸铅制成的压电陶瓷材料压电陶瓷有压电效应，即在加电压时有收缩特性，并且收缩的程度与所加电压成比例关系压电陶瓷能将1mV1000V的电压信号转换成十几分之一纳米到几微米的位移。 2526AFM探针b）AFM探针 针尖的SEM图a）AFM探针 微悬臂的SEM图力检测部分26力检测部分27力检测部分微悬臂28力检测部分 对微悬臂性能的要求 (1)极低的Z向弹性系数，其值为10-2102N/m。一般采用三角形的结构。 (2)足够高的固有频率（10kHz），使AFM扫描时可

11、以跟随表面轮廓的起伏。 (3)足够小，其长度必须在微米尺度才能符合要求。用光束偏转来测量悬臂的偏转时，其灵敏度反比于悬臂的长度。 (4)足够高的侧向刚性，以便尽可能地克服由于水平方向摩擦力造成的信号干扰。29 对针尖性能的要求力检测部分 (1)理想针尖的顶端应该是单个原子，这样的针尖能够灵敏地感应出它与样品表面之间的相互作用力。 (2)高机械柔软性，针尖扫描时，即使撞击到样品的表面也不会使针尖损坏。 (3)高弹性形变，可有效地限制针尖在样品表面上的作用力，从而减小对样品的损害，对柔软的生物样品特别有利。 (4)稳定的结构。3031针尖技术为克服“加宽效应”：一方面可发展制造尖端更尖的探针技术，

12、另一方面对标准探针进行修饰也可提高图像质量。 单碳纳米壁管 直径0.75 nm力检测部分3132包含二极管激光器，位敏光电检测器，电子控制器等。二极管激光器产生的微小激光束照射在微悬臂的末端并反射到位敏光电检测器上，当微悬臂偏移时，反射光的位置改变而产生偏移量，位敏光电检测器记录下该偏移量并转换为电信号，随后控制器根据该偏移量对压电扫描管进行适当的调整。CCD反馈电子系统 3233 与反馈系统的控制器进行交流，可以调节操作参数并显示实验结果（样品高度、成像力曲线等）。计算机控制系统 33控制系统主要有两个功能：(1)提供控制压电转换器X-Y方向扫描的驱动电压；(2)在恒力模式下维持来自显微镜检

13、测环路输入模拟信号在一恒定数值计算机通过设定值与实际测量值之差, 控制系统不断地输出相应电压来调节Z方向压电传感器的伸缩，从而维持环路的输出电压恒定。 电路线路 为压电陶瓷管提供电压、接收位置敏感器件传来的信号，并构成控制针尖和样品之间距离的反馈系统。连接计算机与扫描系统计算机控制系统 34计算机控制系统力检测部分光学检测部分反馈电子系统压电扫描系统35力检测部分光学检测部分反馈电子系统压电扫描系统36AFM操作1.启动系统（1）打开稳压电源，接通JPK生物原子力显微镜与计算机的电源；（2）开启计算机控制器，输入密码进入计算机页面；（3）开启显微镜控制器，打开操作软件进入操作界面；2.根据测量

14、要求选择合适的探针架针，然后将扫描头放到样品台上；3.如果探针的未知离样品比较远可以利用步进马达使针接近样品（注意不能碰到样品，否则针会被压断），通过光学影像（CCD）确认针的位置，将激光打到悬臂上，调节激光使SUM值尽量最大最适合（切换液下大气环境测量时除以上调节外要适当旋转前中按钮使SUM值最大）；374.进针。接触式模式调好SUM值后按 图标自动进针，间接接触模式下要手动设定压力和振幅后自动进针；5.力测定时首先要进行探针弹性系数校正，然后测力；6.进行图样叠加要进行光学影像校正，先使探针进针然后抬起一次再进行校正，可以手动也可以自动校正；7.通过光学图像将探针移动到感兴趣的位置自动下针

15、后开始测量，测量过程中时刻注意Oseilloscope，调整相应参数使Oseilloscope中两条曲线重合的最好；8.测试完毕保存测得的数据，可以手动保存液可以设置为自动保存；9.退出操作系统。取出探针，样品（如使用了Biocell应洗净吹干），依次关闭显微镜控制器，计算机控制器，稳压电源。AFM操作38AFM head最重要的部分3940主要内容一.发展历史及基本原理二.仪器构成及使用三.成像环境及样品制备四.应用及小结40 AFM受工作环境限制较少，它可以在超高真空、气相、液相和电化学的环境下操作。尤其是可在液体中成像，为在近生理条件下研究生物大分子的结构和相互作用提供了有效的研究手段。

16、 (1)真空环境：真空AFM避免了大气中杂质和水膜的干扰，但其操作较复杂。 (2)气相环境：在气相环境中，AFM操作比较容易，它是广泛采用的一种工作环境。它可以在空气中研究任何固体表面，气相环境中AFM多受样品表面水膜干扰。 (3)液相环境：液相中AFM消除了针尖和样品之间的毛细现象，因此减少了针尖对样品的总作用力。液相AFM的应用十分广阔，它包括生物体系、腐蚀或任一液固界面的研究。AFM的成像环境4142基底的选择 基底：固定样品的载体。 由于AFM是对固定在表面的样品进行成像，所以基底对于能否得到理想的结果是至关重要的。特点化学稳定性容易制备相对便宜能简便的进行修饰能长时间保存云母片硅片玻

17、璃片金膜 （Au-S键）生物膜石墨基底表面平整，吸附力强，价格便宜，易剥离，可进行化学修饰4243 与透射电镜、扫描电镜、X-射线衍射等技术相比，AFM制样简单，制作过程对样品原始形态的影响小。 在空气中成像时，可以将样品直接滴加到成像载体上（如云母），吸附一定时间后用滤纸吸干、自然晾干或氮气吹干的方法去掉多余的水分，然后进行扫描成像。 在液体中测定时，为了避免样品的漂移，在制样方面要多加注意，选择合适的固定方法以得到理想的实验结果。样品制备43 1. 粉末样品的制备 粉末样品的制备常用的是胶纸法，先把两面胶纸粘贴在样品座上，然后把粉末撒到胶纸上，吹去未粘贴在胶纸上的多余粉末即可。 2. 块状

18、样品的制备 玻璃、陶瓷及晶体等固体样品需要抛光，注意固体样品表面的粗糙度。样品制备44 3. 生物组织样品和生物大分子如DNA类样品，蛋白质等样品的制备 生物组织样品：选取组织表面较为平整的部位，剪成15 15 cm小块，观测面朝上，展平后贴在盖玻片上；滴加固定液于样品表面上，静置 30 min 左右；用超纯水冲洗去固定液中的溶质所形成的结晶；将盖玻片置于AFM的扫描器上，进行成像观测。 DNA类的样品：首先将根据实验目的，稀释原液；然后取适量稀释液滴加于新鲜裂解云母表面，氮气展平，吹干。固定好的样品置于AFM的扫描器上，即可进行生物大分子表面形态结构的成像观测。样品制备4546样品制备实例石

19、墨烯的固定 基底云母片装载在载物台上，固定样品时，先用胶带（双面胶）将云母片撕出一个新的表面，将其放入通风橱中，在云母片上滴上样品(一般为10uL），在通风橱中等待样品自动吹干后即可使用。4647样品制备实例细胞固定方法 细胞样品的固定方法是许多研究者关心的重点。目前AFM中的细胞固定方法可分为自然干燥法、物理吸附（粘附）法和机械捕获法。 1.自然干燥固定法,是将一定量的细胞样品滴在基底上， 然后在空气中自然晾干，干燥后形成一层平整连续的膜。这种固定方法非常简单，但是由于细胞在干燥过程中会脱水，因此对细胞形态等会有一定的影响。47 2.物理吸附（粘附）法主要包括多聚赖氨酸静电吸附法和琼脂糖凝胶

20、固定法。在生理条件下细胞一般带负电荷，而多聚赖氨酸带正电荷，因此可以利用多聚赖氨酸与细胞之间的静电吸引作用固定细胞。这种固定方法操作简单且重复性好，是目前为止使用最多的一种方法。不过， 由于多聚赖氨酸与细胞壁存在一定的相互作用， 因而对细胞结构还是存在一定的影响。 3.机械捕获法是指将细胞固定于多孔聚合物膜中，利用聚合物膜上的微孔来固定细胞， 这种方法对细胞样品几乎没有任何损伤，特别适合于进行细胞活体、动态过程等方面的研究。然而，操作过程中对细胞密度，聚合物膜的孔径大小以及挤压力都有一定的要求。样品制备实例细胞固定方法48AMF图像分析原子力显微镜的分辨率 原子力显微镜分辨率包括侧向分辨率和垂

21、直分辨率图像的侧向分辨率决定于两种因素： 采集图像的步宽(Step size)和针尖形状原子原子力显微镜分辨率包括那两部分？49步宽因素 原子力显微镜图像由许多点组成，其采点的形式如图所示。扫描器沿着齿形路线进行扫描，计算机以一定的步宽取数据点,以每幅图像取512* 512数据点计算，扫描1 m *1 m尺寸图像得到步宽为2nm (1m512)，高质量针尖可以提供12 nm的分辨。由此可知，在扫描样品尺寸超过1 m *1 m时，AFM的侧向分辨率是由采集图像的步宽决定的。 什么是步宽？它与侧向分辨率有什么关系？50针尖因素 AFM成像实际上是针尖形状与表面形貌作用的结果，针尖的形状是影响侧向分

22、辨率的关键因素。 针尖影响AFM成像主要表现在两个方面：针尖的曲率半径和针尖侧面角，曲率半径决定最高侧向分辨率，而探针的侧面角决定最高表面比率特征的探测能力如图所示，曲率半径越小，越能分辨精细结构不同曲率半径的针尖对球形物成像时的扫描路线51AFM假象及产生假象的原因 在所有显微学技术中，AFM图像的解释相对来说是容易的。光学显微镜和电子显微镜成像都受电磁衍射的影响，这给它们辨别三维结构带来困难AFM可以弥补这些不足，在AFM图像中峰和谷明晰可见AFM的另一优点是光或电对它成像基本没有影响，AFM能测得表面的真实形貌尽管AFM成像简单，AFM本身也有假象存在AFM图像-材料缺陷 思考：AFM成

23、假象的原因有哪些？52 AFM中大多数假象源于针尖成像如图所示，针尖比样品特征尖锐时，样品特征就能很好地显现出来。相反，当样品比针尖更尖时，假象就会出现。这时成像主要为针尖特征(1) 针尖成像针对针尖成像，怎样减小假象的发生？采用高表面率的针尖可以减少这种假象发生53(2)钝的或污染的针尖产生假象 钝的或污染的针尖产生假象：当针尖污染或有磨损时，所获图像有时是针尖的磨损形状或污染物的形状这种假象的特征是整幅图像都有同样的特征。图 钝的或污染的针尖产生假象54 当针尖有污染时会导致针尖变钝(图)，使得图像灵敏度下降或失真，但钝的针尖或污染的针尖不影响样品的垂直分辨率样品的陡峭面分辨程度决定于针尖

24、的侧面角大小侧面角越小，分辨陡峭样品表面能力就越强，图5说明了针尖侧面角对样品成像的影响。图5 针尖污染时成像路线和相应形貌图55(3)双针尖或多针尖假象 双针尖或多针尖假象：这种假象是由于一个探针末端带有两个或多个尖点所致当扫描样品时，多个针尖依次扫描样品而得到重复图像图 双针尖或多针尖假象56(4)样品上污物引起的假象 样品上污物引起的假象：当样品上的污物与基底吸附不牢时，污物可能校正在扫描的针尖带走并随针尖运动，致使大面积图像模糊不清图 样品上污物引起的假象57提高图像分辨率1、发展新的技术或模式来提高分辨率，即从硬件设备以及成像机理上提高成像分辨率。如最近Fuchs等发明的Q控制技术，

25、可以提高成像分辨率和信噪比。采用力调制模式或频率调制模式等也可以有效提高成像分辨率。2、选择尖端曲率半径小的针尖，减小针尖与样品之间的接触面积，减小针尖的放大效应，以提高分辨率。583、尽量避免针尖和样品表面的污染。如果针尖上有污染物，就会造成与表面之间的多点接触，出现多针尖现象，造成假像。如果表面受到了污染，在扫描过程中表面污染物也可能粘到针尖上，造成假像的产生。4、控制测试气氛，消除毛细作用力的影响。由于毛细作用力的存在，在空气中进行AFM成像时会造成样品与针尖的接触面积增大，分辨率降低。此时，可考虑在真空环境下测定，在气氛控制箱中冲入干燥的N2，或者在溶液中成像等。溶液的介电性质也可以影

26、响针尖与样品间范德华作用力常数，从而有可能减小它们之间的吸引力以提高成像分辨率。不过液体对针尖的阻尼作用会造成反馈的滞后效应，所以不适用于快速扫描过程。提高图像分辨率5960主要内容一.发展历史及基本原理二.仪器构成及使用三.成像环境及样品制备四.应用及小结60 AFM具有足够的潜力成为分子生物学、微生物学以及细胞生物学等众多生命科学研究领域的重要工具。其主要贡献可简要地从三方面概括如下：在形貌表征的基础上，能够在不同环境下提供DNA、蛋白质、细菌和细胞等不同尺度范围内生物样品的形态特征；在相互作用分析的基础上，能够在不同尺度上研究DNA与DNA、DNA与蛋白、蛋白与蛋白以及细胞与细胞之间等多

27、种类型生物样品之间的相互作用；在纳米操纵的基础上，能够实现对DNA和蛋白的分子操纵，也能穿透细胞膜进行细胞内物质的导入和抽取。61AFM的应用一.AFM成像技术的应用 1.材料的表征 2.生物分子研究中的应用 3.细胞成像 （1）细胞基本形态及表面结构的表征 （2）研究外因对细胞形态及表面结构的影响 （3）细胞生理状态的动态监测二.AFM力值测定技术的应用 1.生物分子间相互作用研究 2.细胞力学性能研究三.AFM在纳米操纵方面的应用62一. 成像技术1.材料表征：纳米颗粒和纳米材料2.生物分子研究 （1）核酸分子成像; （2）蛋白质形貌的测定;3.细胞成像 （1）细胞基本形态及表面结构的表征

28、 （2）研究外因对细胞形态及表面结构的影响 （3）细胞生理状态的动态监测63纳米材料和纳米颗粒的表征金纳米颗粒氧化石墨烯纳米通道1.材料的表征641.材料的表征氧化石墨烯平面图高度图656667 金容等发展了利用不同尺寸的金颗粒直观表征基底上不同序列核酸的AFM成像方法，如图所示，(A)中大小两种金颗粒分别表示两种核酸序列，而(B)中则表明基底只有一种核酸序 列。（1）AFM用于核酸分子成像2.生物分子成像Au-cDNA2: DNA1: DNA2Au-cDNA1Au-cDNA2: DNA1: DNA2Au-cDNA168（2）AFM用于蛋白质形貌测定2.生物分子成像Cytochrome-C p

29、roteinsHeight image of Cytochrome-C proteins adsorbed onto a glas cover slip.69(1) 细胞基本形态及表面结构的表征3.细胞成像成纤维细胞70A1000 nmB1000 nmC1000 nmD1000 nmF1000nmE1000nmD1000nmC1000nmB1000nmA1000nm天然与半合成抗生素对大肠杆菌形态的影响A)低浓度的阿莫西林； B)高浓度的阿莫西林；C)低浓度青霉素；D)高浓度青霉素作用后的形貌图A)正常形态的单个大肠杆菌、B)低浓度阿莫西林作用50 分钟后的单个大肠杆菌、C）作用后大肠杆菌上出

30、现的高分辨的单个小孔、D) E)和F)为各自对应的相图Anal. Chem. 2006, 78, 7341-73453.细胞成像(2) AFM成像用于研究外因对细胞形态及表面结构的影响71(3) 细胞生理状态的动态监测 AFM成像胰腺腺泡细胞分泌的微观形貌AFM可以对细胞生化生理过程，胞外分泌过程，细胞吞噬过程等方面进行追踪分析。3.细胞成像72二.力值测定1.生物分子间相互作用研究 （1）核酸-核酸作用力 （2）单碱基错配识别 （3）蛋白质-蛋白质相互作用 （4）核酸适体与蛋白质的相互作用2.细胞力学性能研究 （1）AFM力测定用于细胞表面构成与性质的表征 （2）AFM力测定用于研究细胞粘附

31、和细胞机械性能73（1）核酸-核酸相互作用力1.生物分子间相互作用研究74（2）单碱基错配识别 力测定也已经被证明具有分辨单个碱基错配的能力。Sattin等发展了一种能够测量双链中单碱基对间相互作用的高灵敏单分子力谱技术。通过在针尖上修饰线性探针，并在基底上引入核酸阵列，对探针分别与完全互补的和包含错配碱基的序列之间的单分子力进行研究。 他们发现尽管AT和GC碱基对含有不同数量的氢键，然而在双链熔融时所贡献的力的大小几乎是一样的。在长度为20个碱基对的核酸双链中，含有单个错配碱基时的力值比完全互补双链的力值减小约10%-20%。1.生物分子间相互作用研究75（3）蛋白质-蛋白质相互作用AFM力

32、测定对蛋白质分子相互作用的研究则主要围绕分子内的去折叠和分子间结合力大小的考察，也可以直接测量抗原-抗体之间的相互作用以及一些蛋白质的生化过程1.生物分子间相互作用研究76（4）核酸适体-蛋白质相互作用1.生物分子间相互作用研究AFM研究血管生成素（是内皮细胞分泌的一种单链多肽）与其核酸识体（Aptamer）间的特异性相互作用。77AFM研究肽聚糖在乳酸乳球菌菌体表面的分布A）野生型细菌的AFM成像图（白色方框为隔壁区）、B）A图A所示方框区域的力体积成像图、C）为B）中各点力值的统计分布及代表性力曲线、D）变异细菌的AFM成像图、E）为D）所示方框区域的力体积成像图、F）为E）中各点力值的统

33、计分布及典型力曲线(1)AFM力测定用于细胞表面构成与性质的表征2.细胞力学性质的研究78(2)AFM力测定用于研究细胞粘附和细胞机械性能图 NRK纤维原细胞在细胞松弛素D作用下的实时变化 a）和b）为正常细胞的形貌和偏折成像图；c）为针尖无作用力时的高度成像图；d）、e）、f）和g）依次为药物作用后不同时间点（0 min至60 min）的力体积成像图；h）为g）图时间点无加载力时的高度成像图；i）为g）图时间点的荧光成像图2.细胞力学性质的研究79三.AFM在纳米操纵方面的应用 AFM作为分子水平的操纵工具在生物大分子领域的研究中也发挥着独特的作用，例如该技术能够作为纳米手术刀对核酸分子进行

34、几何排列或对其中任意指定片段进行切割和移取；对蛋白分子进行拉伸，还能够加工蛋白阵列等。这些研究都充分体现了AFM同时兼具的“眼”与“手”的功能。801.纳米刻蚀与操纵AFM主要通过一微小的针尖与样品接触来工作，因此AFM可以在纳米尺度上直接操纵原子和分子，并进行纳米刻蚀。用AFM针尖移动Si原子形成的IBM文字AMF针尖移动原子形成的图形文字812.AFM在细胞纳米操纵方面的应用 AFM 能够在纳米水平上进行加工和操纵使得它比其他的显微镜技术有更多的机会认识和改变纳米世界。细胞水平上的纳米操作则进一步拉近了研究者与细胞的距离，大大增强了微观世界的可操作性，也为一些重要的科学问题带来全新的解决途

35、径。82 Chen等则巧妙地借助功能化的AFM探针将量子点输送到了活细胞内部。如图所示，对一个连有多壁碳纳米管的AFM针尖进行修饰，使其通过一段连接分子与亲和素包裹的量子点结合。该输送设计的巧妙之处在于连接分子中间包含一个双巯键(S-S)。 当探针在AFM控制下进入细胞时，在细胞内一些酶的作用下探针所修饰的双巯键被还原而断裂，从而使探针取出后，量子点自由地分散到细胞质中，通过荧光检测可以追踪量子点在细胞内的运动。另一段包含双氧键(O-O)的连接分子被用来进行对照实验，证明双巯键的关键作用。作者特别强调，该纳米操纵的过程不影响细胞活性，也不会对细胞膜造成损伤。2.AFM在细胞纳米操纵方面的应用83 AFM作为一种能独立使用的高分辨的成像和力测定仪器，它已成为微米和纳米领域的价值无法限量的研究工具，尽管相对其他表面分析仪器而言，AFM具有操作简便，检测灵敏和多功能性，但是这一仪器也有一定的局限性，如无法确定AFM