原子力显微镜技术对生物样品的研究

    吴爱国 魏 刚 李 壮3

    (中国科学院长春应用化学研究所电分析化学国家重点实验室, 长春130022)

    摘 要 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。

    关键词 原子力显微镜,生物样品,评述

    2003212201 收稿;2004206205 接受

    本文系国家自然基金资助项目(No. 30070417 , No. 20275037)

    1 引 言

    原子力显微镜(AFM) 所提供的图像不仅可在纳米水平上分辨生物大分子的结构信息,同时还具有

    直观的三维表面信息。样品制备相对简单,无需进行染色、包埋等复杂处理过程,最重要的是可以在液

    相、气相和真空环境中进行采图,可对生物分子在近生理条件下检测它们的动态结构信息。深入了解单

    个生物分子的三维结构和动态结构变化信息,对于从分子水平揭示生命的本质具有十分重要的意义。

    迄今,AFM 对生物样品的研究已涉及多个领域。

    利用AFM 实时考察生物过程中特定与非特定的分子间相互作用具有重要的价值。到目前为止,人们利用AFM 已经对核酸与蛋白质的相互作用、酶与底物的相互作用、抗原2抗体间的相互作用、受体

    与绶体间的相互作用以及药物小分子和靶向中心的相互作用等一系列生物络合过程进行了详细的考

    察1 ,2 。作为理想的考察生物分子活性的重要生物物理手段,人们利用AFM 研究了细胞生命周期过

    程3 和生物分子运转过程4 。在生物传感器方面的应用,AFM 能够监测生物传感器表面生物分子间的

    相互作用,AFM 力谱能够响应浓度最低为10 - 18 mol/ L 数量级的生物分子,这比传统的检测技术提高

    了8 个数量级5 。AFM 力谱的这种超高灵敏度,也为解决“监测单个生物分子及其络合物的结合与解

    离”的难题带来了曙光。除了AFM 成像和AFM 力谱外,AFM 悬臂本身就是一种非常灵敏的传感器,人们经常利用生物分子功能化的AFM 悬臂识别与样品中具有特定相互作用的相关分子6 。本文简要

    介绍AFM 技术在核酸、蛋白质、核酸与蛋白质复合物、细胞和病毒方面的应用情况。

    2 AFM 在生物学研究中的应用

    2. 1 核酸

    2. 1. 1 脱氧核糖核酸(DNA) 第一幅DNA 的AFM 图是在接触模式常温大气条件下获得的 ......