蛋白质分子的电学性质、结构与生物活性

在生命体内,蛋白质通常固着在膜载体上与其它分子相互作用而参与生命活动,所以承受各向异性压力的蛋白质是其存在和功能化的基本形式。设计和研究蛋白质分子在各向异性压力下的分子结构、力学性质和电学/电化学性质不仅对深入理解蛋白质的生物活性至关重要,而且有助于促进蛋白质分子在分子电子器件中的应用。本文综述了利用导电原子力显微镜对蛋白质分子的电学性质的研究进展。在不同的探针压力下,蛋白质分子发生不同程度的形变,表现了不同的电子输运机理。由此可以进一步推测蛋白质分子的生物活性。     

利用原子力显微镜研究在单分子水平上DNA与组蛋白的相互作用

核小体是DNA被压缩成染色质的第一级压缩结构. 为了更深刻描述DNA与组蛋白的相互作用,利用透析方法将DNA和组蛋白构建成核小体,并且应用原子力显微镜进行单分子水平上的观察. 实验结果表明利用透析方法得到了核小体的“串珠型排列”,并且对在两种不同的结合条件下DNA与组蛋白的相互作用进行了观察和比较.     

原子力显微镜在生物大分子结构研究中的应用进展

评述了原子力显微镜（ａｔｏｍｉｃ ｆｏｒｃｅ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ,ＡＦＭ）的成镜模式与探针技术的发展以及在脱氧核糖核酸、蛋白质和多糖等生物大分子结构研究中的应用进展,并展望了原子力显微镜在此领域的发展前景。     

原子力显微镜在高分子领域的应用

原子力显微镜在其发现不久即应用于高分子领域,弥补了扫描隧显微镜不能观测非导电样品的缺欠,因而受到重视,应用范围也不断扩展。最近几年,原子力显微镜的应用已由对聚合物表面几何形貌的观测发展到深入研究高分子的米级结构和表面性能等新领域,并由此导出了若干新概念和新方法。本文仅对当前原子力显微镜应用于高分子和高分子材料研究的几个重要方面举例进行介绍。     

原子力显微镜技术对生物样品的研究

评述了近几年原子力显微镜在生物样品中的应用情况。主要涉及利用原子力显微镜研究核酸,包括脱氧核糖核酸和核糖核酸、蛋白质、核酸与蛋白质复合物、细胞和病毒等5个方面的最新进展。     

基于原子力显微镜的单分子力谱在生物研究中的应用

原子力显微镜被广泛应用于生物研究领域,基于原子力显微镜的单分子力谱可以在单分子、单细胞水平上研究生物分子内和分子间的相互作用。 本文介绍了原子力显微镜单分子力谱在生物分子间相互作用、蛋白质去折叠、细胞表面生物分子、细胞力学性质和基于单分子力谱成像等研究中的最新进展。     

原子力显微镜几种成像模式在聚合物太阳能电池材料表征中的应用

聚合物太阳能电池材料表面柔软、粘弹性较强,很容易粘滞探针,从而影响到原子力显微镜的成像质量。本文通过比较轻敲模式、智能成像以及快速扫描模式三种原子力显微镜成像模式对聚合物太阳能电池材料的形貌和相位成像情况,分析探讨了探针型号的选择、作用力控制、扫描速率等参数对成像清晰度和准确性的影响。通过比较可知,弹性系数较小及具有反射镀层的探针均有利于聚合物类样品的检测;控制探针与样品之间较小作用力也有利于获得丰富的形貌信息;另外,扫描速率太高不利于获得细节形貌信息,应将扫描速率控制在一定范围内。因此,选择合适的成像条件和设置适当的扫描参数对原子力显微镜成功应用于分析表征聚合物太阳能电池材料样品具有十分重要的意义。     

微电极上单核沉积的现场电化学原子力显微镜研究

用现场电化学原子力显微镜（ＥＣＡＦＭ）观察玻碳微电极上银单核电化学成核与生长的不同阶段的行为,结果表明银单核在玻碳边缘生成以（１００）面择优的晶粒,证实了成核过程强烈地信赖于玻碳棋底的状态,有成核历史的基底沉积多核,经特殊方法“清洗”的基底沉积单核,本工作首次把ＥＣＡＦＭ应用于微电极系统的研究,对微是极上的单核生长进行实时观察;同非现场测量进行比较,演示一种轩单晶微电极的可行方法。     

碳纳米管原子力显微镜针尖对脱氧核糖核酸高分辨率成像研究

运用自制的碳纳米管原子力显微镜针尖,在液体中观察了脱氧核糖核酸（DNA）分子的精细结构。结果表明,运用碳纳米管针尖获得的DNA分子的高度与电子显微镜的结果非常接近,且没有造成样品的变形损伤;碳纳米管针尖得到的DNA分子的宽度与真实值相近,减小了原子力显微镜成像的增宽效应,这是用传统的硅针尖无法获得的。DNA分子精细结构的高分辨率图像的获得为研究其功能提供了有价值的信息。     

电化学原子力显微镜的应用

评述了电化学原子力显微镜的原理和技术及其在现场电化学和电分析化学领域的应用,如观察电镀、腐蚀和防腐的过程,电化学沉积膜的形成和特点,测定两表面间的静电力等,指出其存在的一些缺陷,并对经过改造后的电化学原子力显微镜进行了综述。     

High-Yield Characterization of Single Molecule Interactions with DeepTipTM Atomic Force Microscopy Probes

Single molecule interactions between biotin and streptavidin were characterized with functionalized DeepTip^TM probes and used as a model system to develop a comprehensive methodology for the high-yield identification and analysis of single molecular events. The procedure comprises the covalent binding of the target molecule to a surface and of the sensing molecule to the DeepTip^TM probe, so that the interaction between both chemical species can be characterized by obtaining force–displacement curves in an atomic force microscope. It is shown that molecular resolution is consistently attained with a percentage of successful events higher than 90% of the total number of recorded curves, and a very low level of unspecific interactions. The combination of both features is a clear indication of the robustness and versatility of the proposed methodology.     

Unbinding Molecular Recognition Force Maps of Localized Single Receptor Molecules by Atomic Force Microscopy

Atomic force microscopy is a technique capable to study biological recognition processes at the single‐molecule level. In this work we operate the AFM in a force‐scan based mode, the jumping mode, where simultaneous topographic and tip–sample adhesion maps are acquired. This approach obtains the unbinding force between a well‐defined receptor molecule and a ligand attached to the AFM tip. The method is applied to the avidin–biotin system. In contrast with previous data, we obtain laterally resolved adhesion maps of avidin–biotin unbinding forces highly correlated with single avidin molecules in the corresponding topographic map. The scanning rate 250 pixel s^?1 (2 min for a 128×128 image) is limited by the hydrodynamic drag force. We are able to build a rupture‐force distribution histogram that corresponds to a single defined molecule. Furthermore, we find that due to the motility of the polymer used as spacer to anchor the ligand to the tip, its direction at rupture does not generally coincide with the normal to the tip–sample, this introduces an appreciable error in the measured force.     

失效原子力显微镜硅针尖再生

原子力显微镜的传统商品硅针尖在使用过程中极易因磨损而失效，本文研究了一种在实验室条件下简易可行的回收利用失效硅针尖的方法。在原子力显微镜的敲击模式下使用曲率半径大于100 nm的失效硅针尖对生长单壁碳纳米管的样品表面进行扫描，把样品表面的单壁碳纳米管管束粘接到硅针尖上，可制得直径在5～20 nm的碳纳米管针尖。实验对碳纳米管针尖和新的商品硅针尖进行了成像对比，所制备的碳纳米管针尖不仅在成像分辨率而且在成像稳定性上都优于新的商品硅针尖。     

Magnesium-Free Immobilization of DNA Origami Nanostructures at Mica Surfaces for Atomic Force Microscopy

DNA origami nanostructures (DONs) are promising substrates for the single-molecule investigation of biomolecular reactions and dynamics by in situ atomic force microscopy (AFM). For this, they are typically immobilized on mica substrates by adding millimolar concentrations of Mg²⁺ ions to the sample solution, which enable the adsorption of the negatively charged DONs at the like-charged mica surface. These non-physiological Mg²⁺ concentrations, however, present a serious limitation in such experiments as they may interfere with the reactions and processes under investigation. Therefore, we here evaluate three approaches to efficiently immobilize DONs at mica surfaces under essentially Mg²⁺-free conditions. These approaches rely on the pre-adsorption of different multivalent cations, i.e., Ni²⁺, poly-l-lysine (PLL), and spermidine (Spdn). DON adsorption is studied in phosphate-buffered saline (PBS) and pure water. In general, Ni²⁺ shows the worst performance with heavily deformed DONs. For 2D DON triangles, adsorption at PLL- and in particular Spdn-modified mica may outperform even Mg²⁺-mediated adsorption in terms of surface coverage, depending on the employed solution. For 3D six-helix bundles, less pronounced differences between the individual strategies are observed. Our results provide some general guidance for the immobilization of DONs at mica surfaces under Mg²⁺-free conditions and may aid future in situ AFM studies.