原子力显微镜技术在细胞力学和病理学研究中的应用

原子力显微镜(AFM)由于具有纳米量级的空间分辨率和皮牛(pN)量级的力分辨率已经在活细胞和细胞组织超微结构的研究中取得重大进展,该技术为细胞生物力学的研究提供了新方法。通过力曲线可以得到与单个细胞的力学性质相关的信息。细胞弹性的变化是生物细胞发生病变的特征之一。利用AFM研究各种细胞的弹性特性,为疾病的早期诊断和治疗以及病理机制的研究提供了一种强有力的工具。本文主要综述了近些年用AFM技术研究疾病相关的细胞弹性特性的应用新进展,如发现多种类型的癌细胞都比健康细胞软,以及在相关血液性疾病(如冠状动脉疾病、高血压和糖尿病)中红细胞的弹性也发生了变化。这些特性可对疾病的辅助诊断提供参考,为病理学和临床医学研究提供了新依据。     

基于AFM的食虫植物天然水凝胶黏液纳米结构原位成像与分析

天然高分子水凝胶以其良好的生物相容性以及生物可降解性在生物医学领域得到了广泛应用,然而由于缺乏合适的观测手段,目前对于纳米尺度下天然状态水凝胶的精细结构及其特性仍然不完全清楚.原子力显微镜(atomic force microscopy, AFM)的出现为生物材料研究提供了新的强大技术手段,但目前利用AFM对天然高分子水凝胶纳米结构进行原位成像的研究还较为缺乏.本文利用AFM对4种不同类型食虫植物(茅膏菜、捕虫堇、瓶子草、捕蝇草)分泌的天然水凝胶黏液的结构进行了高分辨率原位成像与分析.分别将茅膏菜黏液和捕虫堇黏液平铺至云母表面,在空气中进行的AFM成像结果清晰地显示,茅膏菜黏液和捕虫堇黏液中均含有大量纳米纤维结构,且纳米纤维自组装行为具有多样性.分别将瓶子草黏液和捕蝇草黏液平铺至载玻片表面,在去离子水溶液中进行的AFM成像结果揭示了瓶子草黏液和捕蝇草黏液中均含有大量纳米颗粒,对纳米颗粒进行的统计分析显示,捕蝇草黏液中的纳米颗粒尺寸显著大于瓶子草黏液中纳米颗粒的尺寸.研究结果加深了人们对食虫植物分泌的天然水凝胶黏液的认识,为天然生物材料精细纳米结构研究提供了新的方法和视角.     

原子力显微镜在生物医学上的应用

原子力显微镜(atomic force microscope,AFM)是扫描探针显微镜(SPM)的一种,其分辨率达到纳米级,能对从原子到分子尺度的结构进行三维成像和测量,能观察任何活的生命样品及动态过程。本文概述了AFM的基本工作原理及在生物医学上对DNA、蛋白质、细胞及生物过程等方面进行的研究。     

原子力显微镜 (AFM) 在细菌生物被膜研究中的应用

原子力显微镜(AFM)作为一项重要的表面可视化技术,以其独特的优势(纳米级的空间分辨率、皮牛级力灵敏度、免标记、可在溶液环境下工作)被广泛应用于生物被膜的研究。AFM不仅可以在近生理环境下对生物被膜表面超微形貌进行可视化表征,同时还可以通过纳米压痕对生物被膜的机械特性(弹性和粘性)进行定量测量,利用AFM单细胞和单分子力谱技术可以获得生物被膜形成过程中细胞-基底以及细胞-细胞之间的相互作用力,为生物被膜的实时原位系统研究提供了可行性。本文简述了AFM的基本操作原理,综述了近年来AFM用于生物被膜表面超微结构成像、机械特性测量以及相互作用力研究方面的进展,并对AFM在生物被膜研究中面临的问题和未来的发展方向进行了讨论。     

近场光学显微镜结合量子点标记人胃腺癌SGC-7901细胞靶点的观察

扫描近场光学显微镜突破衍射极限,具有纳米量级的空间分辨率,量子点(QD s)标记有荧光强度高且抗光漂白能力强等优点。结合上述两种技术,对人胃腺癌SGC-7901细胞膜表面特异性结合的叶酸受体(FR)进行成像探测,获得了叶酸受体在SGC-7901细胞膜表面上的分布,以及细胞内化外源性叶酸过程中叶酸受体在细胞膜表面的分布变化,成像的光学分辨率达到120 nm。实验结果表明:特异性结合的叶酸受体在SGC-7901细胞膜表面的分布,绝大部分是以聚集体的形式存在。随着SGC-7901细胞内化叶酸量的增加,叶酸受体在细胞膜表面的分布密度逐渐降低,并在经过120 m in左右趋于稳定。上述方法和手段为实现单细胞水平上靶点分布和变化的长期监测,肿瘤细胞内化受体的机制研究提供了新的技术途径。     

风疹病毒衣壳蛋白与宿主细胞相互作用蛋白的初步筛选及分析

风疹病毒(Rubella virus,RV)的衣壳蛋白(Capsid protein,CP)不仅是病毒颗粒的重要组成部分,而且还可以通过与宿主蛋白之间的相互作用来调控病毒的转录和复制.为了系统研究衣壳蛋白与宿主蛋白之间的相互作用关系,我们从RV基因组中克隆获得衣壳蛋白基因序列,将该序列导入含有eXact-6His串联亲和纯化标签的慢病毒表达载体中,并构建了稳定表达eXact-6His-Capsid融合蛋白的293T细胞系.通过eXact和6His标签的两次亲和纯化获得衣壳蛋白相互作用蛋白复合物,质谱检测并筛选后发现22个可能与衣壳蛋白相互作用的宿主蛋白.随后构建衣壳蛋白的相互作用网络并进行功能学分析,发现其相互作用蛋白主要参与病毒感染、RNA剪切、细胞凋亡及酶相关通路等过程.     

AFM对小鼠胚胎干细胞的形态学研究

目的：对已建系BALB/c小鼠胚胎干细胞膜表面进行纳米级超微结构的初步形态学研究,从而为从分子水平研究胚胎干细胞的增殖与分化调控机理奠定基础。方法：利用原子力显微镜（AFM）,在空气中对小鼠胚胎干细胞膜表面扫描成像。结果：AFM图像表现BALB/c小鼠胚胎干细胞呈圆盘状,直径约10-15μm,高约2-4μm,胚胎干细胞膜表面比较复杂,随着扫描范围的减小,切向分辨率逐渐增大,可达到纳米分辨,细胞表面有许多紧密堆积的椭球状颗粒。颗粒尺寸（x-y方向）为40-80nm。结果：利用AFM可以得到胚胎干细胞表面高分辨的,可重复的图像。     

电子断层成像技术及其在细胞生物学中的应用

电子断层成像技术（electrontomography）是近年来发展起来一项三维成像技术,可以在纳米分辨率（2-10nm）水平上获得生物大分子及其复合物或聚集体、细胞器、细胞以及组织的三维结构,而且可以用于研究生物大分子在细胞中的定位、排列、分布以及相互作用,已逐渐成为细胞生物学领域中的一项重要技术手段。该文针对这项技术及其在细胞生物学中的应用作一简要介绍。     

基于AFM的细胞表面超微形貌成像与机械特性测量研究进展

原子力显微镜(AFM)以其独特的优势(纳米级空间分辨率、皮牛级力灵敏度、免标记、可在溶液下工作)成为细胞生物学的重要研究手段.AFM不仅可以对活细胞表面超微形貌进行可视化表征,同时还可通过压痕技术对细胞机械特性(如杨氏模量)进行定量测量,为原位探索纳米尺度下单个活细胞动态生理活动及力学行为提供了可行性.过去的数十年中,研究人员利用AFM在细胞超微形貌成像和机械特性测量方面开展了广泛的应用研究,展示了有关细胞生理活动的大量新认识,为生命医药学领域相关问题的解决提供了新的思路;同时AFM自身的性能也在不断得到改进和提升,进一步促进了其在生命科学领域的应用.本文结合作者在应用AFM观测纳米尺度下癌症靶向药物作用效能方面的研究工作,介绍了AFM成像与细胞机械特性测量的原理,总结了近年来AFM用于细胞表面超微形貌成像与机械特性测量所取得的进展,讨论了AFM表征与检测细胞生理特性存在的问题,并对其未来发展方向进行了展望.     

原子力显微镜在染色体研究中的应用

原子力显微镜(Atomic force microscopy, AFM)是一种具有超高分辨率的显微成像仪器, 可在空气、真空和液体环境下对样本的表面结构进行实时观察。文章介绍了AFM的工作原理, AFM相对于其他种类显微镜在观察生物样本方面的显著优势, 并综述了AFM在染色体研究中的应用和进展。     

全内角反射技术与转盘式共聚焦技术在细胞膜表面的成像比较

转盘式共聚焦成像是一种高速、高分辨率成像技术,可以在高时间分辨率和空间分辨率的水平观察固定细胞内目标蛋白的分布及活细胞内目标蛋白的动态变化。全内角反射成像是一种观察距离玻片表面某个限定区域内蛋白质的分布和变化的成像技术,常用于观察固定细胞以及活细胞表面的亚细胞结构。该文以中性粒细胞和神经胶质瘤细胞作为观察对象,通过观测固定细胞膜表面蛋白质的分布以及追踪膜标记活细胞的动态变化对两种成像方法进行了比较。结果发现,就目前技术水平而言,二者均可以采集到清晰的细胞边缘,但全内角反射可以拍摄到更清晰的细胞膜表面结构,它在动态拍摄过程中光漂白相对较低,在快速捕捉过程中能够更加全面的捕捉到一个完整的运动过程。     

难溶性药用纳米微粒的原子力显微检测

建立用原子力显微镜(AFM)检测难溶性药用纳米微粒的方法。将纳米微粒配成一定浓度的悬浮液,以新鲜裂解的云母表面作为样品载体,在室温下用AFM的接触模式成像,用粒度分析软件进行粒度分析。以此方法对两种微粒(活性炭及氧化锌纳米微粒)进行了成像和测量,同时对两种样品进行透射电镜(TEM)观察。AFM检测结果显示,纳米活性炭微粒形态近似球形,表面较平滑,平均直径为(299±187)nm;纳米氧化锌微粒呈球形,平均直径(50±20)nm,与TEM检测结果具有较高一致性。该法简便可靠。     

用于海洋原位浮游生物探测的同轴数字全息显微技术研究

本文将数字全息与显微成像技术相结合,设计搭建了一套数字全息显微系统,用于对浮游生物进行光场获取。基于该系统获取的光场信息,通过在不同景深对图像进行再现,既可以获到单一浮游生物的清晰图像,也可以获得一定水体内浮游生物微粒在海水中的三维分布情况。通过实验测得系统分辨率可以达到7．8微米,景深可以达到10毫米,优于一般光学显微镜的技术指标。研究结果表明优势明显的数字全息显微系统是一种适合海洋原位探测的浮游生物研究的有效方法。基于数字同轴显微系统的水下仪器开发将是下一步工作的努力方向。     

利用原子力显微镜对A型流感病毒的形态学研究

利用透射电子显微镜(TEM)和原子力显微镜(AFM)观察流感病毒(H1N1),探讨AFM在病毒形态研究中的应用,为病毒形态学研究提供一种新型、简便、快捷的工具.TEM采用磷钨酸负染方法,AFM采用轻敲模式在大气常温下扫描成像,并对主要指标长度(直径)、Ra、Rq等进行测量.两种方法最终得到相似的形态学结果,流感病毒呈球状、丝状,并有一些形状介于两者之间.TEM提供了流感病毒二维图像,可见钉状突起,AFM则呈现了流感病毒三维图像,且可见病毒表面有凹凸不平的特征和边缘有齿轮状的突起,同时获得表面粗糙度等可以量化指标.与TEM观察相比,原子力显微镜是一种制样简单、观察直观的新型病毒形态学研究工具,其表征参数可以作为病毒形态学研究的量化指标.     

基于空间频域滤波高动态光学投影层析的斑马鱼三维成像研究

本文提出了一种基于空间频率滤波的多曝光融合的高动态投影层析三维成像方法,实现了活体斑马鱼（17 mm × 4 mm,最大厚度为2.33 mm,最小厚度为0.29 mm）的三维结构成像. 通过相机采用不同曝光时间记录系列吸收图像,将每张图像取变换到频域去除低频后,将各张滤波后叠加并逆傅里叶变换回空域,对变换后的图像进行归一化处理,最终获得高动态图像. 在每个投影角度获得这种高动态吸收投影图像,进行滤波反投影算法重建,获得高动态的整条斑马鱼三维结构信息. 实验成像结果表明,这种空间频率滤波多曝光融合的高动态光学投影层析三维成像研究,可以获得复杂结构更丰富的空间信息,对斑马鱼等模式生物早期胚胎生长发育进程进行监测和定量评估有一定的应用前景.     

单个腺病毒颗粒的原子力显微镜液相成像及样品制备方法

原子力显微镜(Atomic force microscopy,AFM)作为一种纳米级高分辨率的探针扫描显微镜,在病毒形态学研究等领域有广泛的应用。为更好地利用AFM在接近病毒生理环境(液相)中观测单个病毒颗粒,选择合适的基底吸附病毒样品是重要的前提保障。本文介绍了一种病毒样品制备及AFM液相成像方法。首先制备疏水化处理的玻璃盖玻片作为吸附基底,再将观察样品腺病毒重组载体颗粒(Adenovirus type 5F35,Ad5F35)吸附于基底上,建立在液相下单个病毒颗粒的原子力显微镜成像方法。通过该方法获取了单个腺病毒颗粒在液相下的高分辨率纳米级高度图(height image),且病毒颗粒保持了约90nm的正确测量高度。实验结果表明疏水化处理的玻璃基底具有良好的吸附力,有助于病毒颗粒牢固地吸附在基底上,且不会引起较大的形变。本研究为AFM观测病毒等生物样品提供了一种较为合适的吸附基底和在液相中的AFM成像方法,对后期开展病毒形态结构、物理属性及其与宿主细胞受体相互作用的研究打下基础。     

原子力显微镜在双微体形态学研究中的应用

原子力显微术(atomic force microscopy,AFM)是一种新型的纳米显微技术,由于其拥有标本制备简单、分辨率高等优点,因此常用于细胞超微结构的观察。双微体(double minute chromosomes,DMs)是基因扩增的主要表现形式,经常出现在肿瘤细胞及耐药细胞中,可使肿瘤细胞获得生存优势或产生耐药性,因此对双微体进行研究可使人类了解肿瘤的生长特性及其抗药性的产生机理。为寻找一种研究双微体的有效方法,本实验利用原子力显微镜对小鼠耐氨甲喋呤细胞3T3R500中的双微体进行观察,在获得双微体高分辨AFM形态图的同时,还对双微体的大小进行了测量,发现细胞中双微体大小存在差异。此外,就原子力显微镜在双微体研究中的一些技术细节进行了探讨。实验结果表明原子力显微术是研究双微体的一种有效手段。     

运用结构光照明的活细胞超高分辨率成像技术

<正>进入21世纪以来出现了多种超高分辨率荧光成像技术,打破了光学分辨率的极限,将光学分辨率提高到几十纳米的尺度,可以用来观察精细的细胞内器官的结构和位置信息,因此被广泛地应用于生物学研究中.超高分辨率荧光成像技术主要分为三大类,基于受激发射光淬灭(stimulated emission depletion,STED)技术,基于单分子开关的超高分辨率定位技术(包括光激活定位显微成像术     

人呼吸道合胞病毒小疏水蛋白研究进展

人呼吸道合胞病毒是人呼吸道感染病原中的重要病原。SH蛋白是人呼吸道合胞病毒粒子表面的一种小分子糖蛋白,可形成五聚体的离子通道结构。SH蛋白是人呼吸道合胞病毒复制的非必需蛋白,但可以影响病毒融合蛋白介导的细胞融合,近年研究发现SH蛋白胞外区与血蓝蛋白形成的复合物可作为人呼吸道合胞病毒疫苗的抗原,产生的抗体在体内能清除病毒感染的细胞。本综述旨在对人呼吸道合胞病毒SH蛋白最新研究成果进行总结和讨论,并对未来针对SH蛋白的研究方向加以展望。     

钝顶螺旋藻表面微观形貌的原子力显微镜研究

该文应用原子力显微镜(AFM)纳米级的分辨率对钝顶螺旋藻(Spirulina platensis)表面微观形貌进行了研究,获得了扫描范围为5.000×5.000μm、1.000×1.000μm和400.0×400.0nm三组清晰、稳定的图像,并对其进行了线性分析。结果表明:螺旋藻表面由紧密且无序堆积的突起结构组成,其高度小于20nm;突起结构高度从3nm~15nm不等,平均高度约为8~9nm。此法用于生物体表面,操作简单、快速、灵敏度好且样品无损伤,结果令人满意。