Nanosurf Flex-Bio生物型原子力顯微鏡
結(jié)合多功能和高性能的生命科學(xué)用AFM
生命科學(xué)研究的一個關(guān)鍵成功因素是融合多種分析技術(shù)。使用Nanosurf的Flex-Bio，您可以將此系統(tǒng)的液體AFM成像、光譜學(xué)和納米操作能力與倒置顯微鏡的光學(xué)技術(shù)結(jié)合起來。
生命科學(xué)研究的超靈活系統(tǒng)設(shè)計
Flex-Bio配備了手動和電動移動臺，可以在蔡司、奧林巴斯、尼康和徠卡倒置顯微鏡上或獨立平臺上無縫集成。在倒置顯微鏡下，光學(xué)和AFM數(shù)據(jù)可以相互關(guān)聯(lián)，如圖所示為人類視網(wǎng)膜內(nèi)界膜(ILM)。
（A）生理緩沖液中分離的ILM的明視野圖像。（B）顯示抗層粘連蛋白染色的相同切片的熒光圖像。（C）ILM截圖的AFM形貌圖;也在B中顯示為疊加的方塊截圖.（D）相同截圖的AFM剛度分布。每個點的顏色表示由在各個位置記錄的力曲線計算的局部剛度值。 （E）D中所示的剛度數(shù)據(jù)的直方圖。（F）在ILM和玻璃基板上獲得的典型的力-位移曲線。這些曲線將轉(zhuǎn)換為力 - 壓痕數(shù)據(jù)，然后可以計算剛度。生物組織的剛度分布已被證明是諸如年齡相關(guān)性黃斑變性、關(guān)節(jié)炎和癌癥等疾病的標(biāo)志物。數(shù)據(jù)提供：Marko Loparic，Marija Plodinec，Philip Oertle和Paul B. Henrich，Biozentrum / SNI / UHBS，瑞士巴塞爾大學(xué)
模塊化平臺，懸臂基座和相應(yīng)軟件的概念讓系統(tǒng)可以輕松升級，以獲得生命科學(xué)和材料研究中的許多新可能性。 比如Flex-FPM 用于細(xì)胞和納米操作，F(xiàn)lex-ANA用于自動納米力學(xué)分析。此外，最初為Flex-Axiom系統(tǒng)開發(fā)的高級模式，如MFM和KPFM，也可用于Flex-Bio。對于不需要從下方進(jìn)行光學(xué)訪問的測量，例如對于像細(xì)菌視紫紅質(zhì)這樣的樣品的成像和光譜，使用一個獨立移動臺兼容于Flex-Bio和Nanosurf Isostage隔振臺和AE300隔聲罩，則系統(tǒng)通常更加緊湊好用。
(A)一個帶有獨立移動臺，隔振臺和隔聲罩的Flex-Bio系統(tǒng)。(B)2D細(xì)菌視紫紅質(zhì)晶體[140 nm 掃描范圍]。 (C)B的功率譜，顯示出遠(yuǎn)超過1nm的橫向分辨率[虛線圓圈]。(D)細(xì)菌視紫紅質(zhì)晶體的單分子力譜。
在日常使用中真正重要的實用細(xì)節(jié)
帶有對齊結(jié)構(gòu)的懸臂基座可與包含對齊槽的懸臂一起使用。這提供了微米級重定位精度，避免了激光對準(zhǔn)，并允許您一次又一次地找到相同的樣本特征。懸臂從上到下進(jìn)入圖像，因此無論您是通過眼睛，CCD相機(jī)還是AFM（以默認(rèn)掃描角度掃描），樣品方向始終相同。
對準(zhǔn)芯片技術(shù)
倒置顯微鏡的頂視圖, 圖片提供: O. Guilaume-Gentil, 瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院
Flex-Bio 成像模式
以下描述為儀器所具備的模式。某些模式可能需要其他組件或軟件選項。詳情請瀏覽宣傳冊或直接聯(lián)系我們。
標(biāo)準(zhǔn)成像模式
靜態(tài)力模式
橫向力模式
動態(tài)力模式 (輕敲模式)
相成像模式
熱成像模式
熱掃描顯微 (SThM)
磁性能
磁力顯微
電性能
導(dǎo)電探針 AFM (C-AFM)
壓電力顯微 (PFM)
靜電力顯微 (EFM)
開爾文探針力顯微鏡（KPFM）
掃描擴(kuò)散電阻顯微 (SSRM)
機(jī)械性能
力調(diào)制
剛度和模量
力譜
力映射
其他機(jī)械模式
刻蝕和納米操作
電化學(xué) AFM (EC-AFM)
Flex-Bio 應(yīng)用示例
I型膠原纖維的成像
膠原蛋白是哺乳動物中含量的蛋白質(zhì)，占全身蛋白質(zhì)含量的25％以上。它是結(jié)締組織細(xì)胞外基質(zhì)的主要結(jié)構(gòu)蛋白，為肌腱和骨骼提供抗拉強(qiáng)度。在哺乳動物中發(fā)現(xiàn)的大多數(shù)膠原蛋白是纖維狀的I型膠原蛋白。I型膠原纖維顯示典型的周期性形態(tài)，即所謂的D-帶。D-帶是由各個膠原分子的交錯自組裝形成較大的原纖維，周期為約67nm。 來自ETHZürich的Snedeker教授的研究小組記錄了來自大鼠肌腱的膠原纖維的圖像。Snedeker教授的研究領(lǐng)域之一是肌腱力學(xué)和生物學(xué)
幾種I型膠原纖維的3D AFM形貌
I型膠原纖維的AFM形貌圖
與地形圖像一起記錄的 AFM 偏轉(zhuǎn)圖像。
AFM形貌3D圖很好地顯示了所有原纖維上I型膠原的典型周期性D帶。使用Nanosensors PPP-XYCONTR懸臂以靜態(tài)模式記錄膠原蛋白的形貌。AFM圖像處理采用的是Nanosurf報告軟件。膠原纖維的制備和成像由瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院生物力學(xué)研究所的Uniklinik Balgrist的Snedeker教授研究小組的Massimo Bagnani進(jìn)行。
對活培養(yǎng)細(xì)胞的測量
力學(xué)生物學(xué)是一個新興的研究領(lǐng)域，涉及改變物理力或改變細(xì)胞和組織的力學(xué)特性的效果。一些疾病，例如纖維化和動脈粥樣硬化與組織硬度的變化有關(guān)。此外，在癌癥中，癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移潛力取決于它們的彈性模量。
下圖使用了Nanosurf Flex-Bio系統(tǒng)和Flex-ANA軟件測量了人乳腺基底上皮細(xì)胞系活細(xì)胞的彈性模量。
彈性模量分布
來自力映射的未受干擾的細(xì)胞形貌
幅圖像顯示在浸入細(xì)胞培養(yǎng)基中的活乳腺上皮細(xì)胞上記錄的彈性模量（以kPa計）?？梢郧宄赜^察到細(xì)胞內(nèi)彈性模量的差異。細(xì)胞周圍的暗區(qū)源自更硬的細(xì)胞培養(yǎng)皿基質(zhì)。
第二幅圖像顯示了從力映射數(shù)據(jù)中提取的未受干擾的細(xì)胞形貌。根據(jù)每條力曲線的接觸點確定形貌，從而顯示零施加力下的細(xì)胞形貌。
映射到3D形貌的彈性模量
彈性模量分布
彈性模量數(shù)據(jù)映射到3D形貌，可以將兩個通道的信息關(guān)聯(lián)起來。使用Gwyddion軟件生成三維圖像。
張圖顯示了從納米力學(xué)力映射實驗中提取的彈性模量分布。模量較低時的峰值對應(yīng)于細(xì)胞的剛度。右邊的峰來自細(xì)胞培養(yǎng)基質(zhì)，并顯示出高得多的彈性模量。
AFM 數(shù)據(jù)提供 Philipp Oertle, 巴塞爾大學(xué)生物學(xué)中心
細(xì)菌視紫紅質(zhì)的單分子力譜
下面的力-距離曲線報告了單個細(xì)菌視紫紅質(zhì)（BR）膜蛋白從其自然環(huán)境中（即鹽黃桿菌紫色膜）的受控C端的展開。
實線和虛線分別表示展開BR時觀察到的主展開峰和次展開峰對應(yīng)的WLC曲線。主展開峰的拉伸多肽的輪廓長度用氨基酸(aa)表示。
細(xì)菌視紫紅質(zhì)的單分子力譜
本實驗使用了FlexAFM掃描頭（10-μm;版本3）結(jié)合C3000控制器和標(biāo)稱彈簧常數(shù)為0.1N / m的懸臂(Uniqprobe, qp-CONT, Nanosensors)記錄數(shù)據(jù)。
