原子力显微镜在气相和液相下的成像分析

摘要

目的：利用原子力显微镜( AFM)在气相条件下和液相条件下分别对Al2O3模板、数字光盘、云母片等样品进行形貌扫描，分析AFM在气相和液相条件下成像的差别，优化AFM在液相工作的条件。将AFM高分辨率的成像技术引入到生物学样品的形态学研究中，挖掘AFM在液相下的动态测量模式。探讨利用AFM来研究生物分子的相互作用时，AFM针尖和基底的功能化修饰方案。利用AFM对红细胞等单个生物样品进行形貌学的研究，进一步开发AFM在溶液环境中对活细胞等生物样品的实时动态检测技术。 方法：利用AFM在空气条件下和液体条件下分别对CD光盘、DVD光盘和Al2O3模板等三组样品进行形貌扫描，研究它们在不同条件下的表面形貌特征。利用AFM对天然云母片和醛基基片表面进行形貌扫描，观察比较它们表面平整度的区别。将亲和素(Avidin)蛋白分子分别修饰到新解离的云母表面和醛基片表面，利用AFM来研究亲和素蛋白的形态学特征。利用APTES硅烷化修饰AFM针尖，通过戊二醛作为连接分子，将3’末端标记有CY3，5’末端有氨基修饰的寡核甘酸探针连到AFM探针的针尖上，通过倒置共聚焦荧光显微镜来验证修饰的效果。将新鲜小鼠血红细胞涂在新解离的云母片上，利用AFM的轻敲模式来进行扫描，研究小鼠红细胞的形态学特征。 结果：⑴对比分析几种固体样品在气相和液相下的AFM形貌图像，我们发现在液相下的形貌图要明显优于气相下的形貌图，液相条件不仅消除了许多噪音信号，使图像中凹陷和凸起部位的界限更加明显，而且大大降低了针尖展宽效应的影响，使细微的结构更加突出。⑵通过对气相和液相下的纳米孔的AFM形貌图进行图像分析，我们发现同一样品上的纳米孔直径略有不同，我们统计出在气相和液相下纳米孔的直径分别为63.04nm±5.58nm和70.36nm±7.03nm，这可能是由于在气相条件下，针尖和样品都暴露在大气中，受到的外界干扰较大，增加了针尖的展宽效应造成的。⑶对比云母片和醛基基片的AFM扫描图，我们可以看出新解离的云母片表面平整度要优于醛基基片，新解离的云母片表面最大起伏为30nm，醛基基片表面最大起伏为70nm。⑷分布在基底表面的Avidin蛋白分子在AFM扫描图像中的形态呈近似椭圆形的球体，通过图像分析这些蛋白的直径大约在200nm～350nm之间。⑸小鼠红细胞在AFM扫描图中表现为规则的中心凹陷的圆盘状，其直径大约为5～7μm。 结论：①AFM在液相条件下更能够突出样品的精细结构，获得高清晰度的图像。②AFM探针的展宽效应会影响图像的质量，在实验中应根据待测样品的大小来选用合适的针尖，尽量减小针尖形貌对扫描结果的影响。③利用AFM来研究生物样品时，将样品共价修饰到基底表面的方法要优于静电吸附，共价修饰可以保证修饰到基底表面的分子数，更有利于在液相下的研究。④利用AFM来检测生物分子间的相互作用时，采用针尖硅烷化后利用戊二醛作为连接分子，再将待测蛋白分子共价修饰到针尖(或基底表面)的方案是可行的。⑤AFM可以实现对单个细胞等生物样品进行成像，进一步发展AFM在液相下的动态测量模式对生物样品以及生物分子间相互作用的研究有着重要意义。

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实验结果

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结论

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综述 原子力显微镜在检测生物分子间相互作用中的应用

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