原子力显微镜及其生物学应用PDF电子书下载

1 绪论 1

2 仪器 4

2.1 原子力显微镜 4

2.2 压电扫描器 6

2.3 探针和悬臂 8

2.3.1 悬臂的几何形状 8

2.3.2 探针针尖的几何形状 10

2.3.3 探针针尖功能化 12

2.4 样品架 12

2.4.1 液体样品池 12

2.5 检测方法 13

2.5.1 光学检测：激光束偏移 13

2.5.2 光学探测器：干涉测量 15

2.5.3 电子探测器：电子隧道 15

2.5.4 电检测器：电容 17

2.5.5 电探测器：压电悬臂 17

2.6 控制系统 18

2.6.1 AFM电子 18

2.6.2 电子操作 19

2.6.3 反馈控制回路 21

2.6.4 设计限制 22

2.6.5 提高大扫描器的性能 23

2.7 振动隔离：热和机械 23

2.8 校准 24

2.8.1 压电扫描器的非线性特性 25

2.8.2 探针相关因素：卷积效应 25

2.8.3 校准标准 26

2.8.4 扫描校准样品的探针针尖 27

2.9 整合型原子力显微镜 28

2.9.1 联用AFM-光学显微镜 28

2.9.2 “潜艇AFM”——联用AFM-Langmuir槽 29

2.9.3 联用AFM-表面等离子共振技术 29

2.9.4 冷冻AFM 30

参考文献 30

3 基本原理 33

3.1 力 33

3.1.1 范德瓦尔斯力和力-距离曲线 33

3.1.2 静电力 35

3.1.3 毛细管力和黏附力 35

3.1.4 双层力 37

3.2 成像模式 37

3.2.1 接触直流模式 38

3.2.2 交流模式：轻敲模式和非接触模式 38

3.2.3 偏转模式 43

3.3 成像类型 44

3.3.1 形貌 45

3.3.2 摩擦力 45

3.3.3 相位 45

3.4 基底 46

3.4.1 云母 47

3.4.2 玻璃 47

3.4.3 石墨 47

3.5 一般问题 47

3.5.1 热漂移 47

3.5.2 多针效应 48

3.5.3 “泳池”伪像 49

3.5.4 高反射样品上的光学干扰 49

3.5.5 样品粗糙度 50

3.5.6 样品流动性 51

3.5.7 液体中成像 51

3.6 开始 52

3.6.1 DNA 52

3.6.2 麻烦的大样品 54

3.7 图像优化 56

3.7.1 灰度级和彩色表 56

3.7.2 亮度和对比度 56

3.7.3 高通和低通滤波 56

3.7.4 归一化和平面拟合 56

3.7.5 去尖 57

3.7.6 傅里叶过滤 57

3.7.7 相关平均 58

3.7.8 立体图和浮雕 58

3.7.9 做好你的功课 58

参考文献 59

4 大分子 60

4.1 成像方法 60

4.1.1 针尖黏附、分子损伤和推移 60

4.1.2 将大分子沉积在基底上 60

4.1.3 金属涂层样品 62

4.1.4 在空气中成像 62

4.1.5 非水性液体成像 63

4.1.6 将分子与基底结合 63

4.1.7 在水或缓冲液下成像 66

4.2 核酸（DNA） 68

4.2.1 DNA成像 68

4.2.2 DNA构象、大小和形状 69

4.2.3 DNA-蛋白相互作用 74

4.2.4 特定站点的定位和绘谱 77

4.2.5 染色体 79

4.3 核酸（RNA） 81

4.4 多糖 82

4.4.1 多糖成像 83

4.4.2 大小、形状、结构和构象 84

4.4.3 聚集体，网络和凝胶 90

4.4.4 纤维素，植物细胞壁和淀粉 95

4.4.5 蛋白多糖和黏蛋白 100

4.5 蛋白质 102

4.5.1 球状蛋白 102

4.5.2 抗体 107

4.5.3 纤维蛋白 108

参考文献 112

5 界面系统 167

5.1 界面介绍 167

5.1.1 表面活性 167

5.1.2 界面系统AFM研究 170

5.1.3 Langmuir槽 170

5.1.4 Langmuir-Blodgett膜转移 171

5.2 样品制备 172

5.2.1 清洁方案：玻璃器皿和槽 172

5.2.2 基底 174

5.2.3 浸渍 175

5.3 磷脂 175

5.3.1 早期磷脂膜AFM研究 176

5.3.2 AFM修饰磷脂双层 177

5.3.3 AFM研究双层内在性质 179

5.3.4 磷脂双层中的波纹相 181

5.3.5 混合磷脂膜 184

5.3.6 支撑层的影响 186

5.3.7 磷脂层的动态过程 188

5.4 脂质体和完整的囊泡 192

5.5 脂质蛋白混合膜 193

5.5.1 磷脂双层的高分辨率研究 197

5.6 混杂脂质／表面活性剂膜 198

5.7 界面蛋白膜 198

5.7.1 具体注意事项 198

5.7.2 界面蛋白膜的AFM研究 200

参考文献 204

6 有序大分子 211

6.1 三维晶体 211

6.1.1 结晶纤维素 211

6.1.2 蛋白质晶体 212

6.1.3 核酸晶体 214

6.1.4 病毒和病毒晶体 215

6.2 二维蛋白晶体：介绍 218

6.2.1 AFM必须提供什么 218

6.2.2 样品制备：膜蛋白 220

6.2.3 样品制备：可溶性蛋白质 220

6.3 二维膜蛋白晶体的AFM研究 222

6.3.1 紫膜 222

6.3.2 缝隙连接 224

6.3.3 光合蛋白膜 226

6.3.4 肾膜中的ATP酶 227

6.3.5 OmpF孔蛋白 227

6.3.6 细菌S层 228

6.3.7 噬菌体φ29头尾连接子 231

6.3.8 膜动力学的AFM成像 232

6.3.9 膜蛋白的力谱 234

6.3.10 气体囊泡蛋白 234

6.4 可溶性蛋白质二维晶体的AFM研究 235

6.4.1 成像条件 237

6.4.2 静电考虑 238

参考文献 240

7 细胞、组织和生物矿物 250

7.1 成像方法 250

7.1.1 样品准备 250

7.1.2 力绘谱和机械测量 252

7.2 微生物细胞：细菌，孢子和酵母菌 261

7.2.1 细菌 261

7.2.2 酵母 269

7.3 血细胞 269

7.3.1 红细胞 270

7.3.2 白细胞和淋巴细胞 272

7.3.3 血小板 272

7.4 神经元和神经胶质细胞 273

7.5 上皮细胞 275

7.6 非融合肾细胞 276

7.7 内皮细胞 277

7.8 心肌细胞 278

7.9 其他哺乳动物细胞 280

7.10 植物细胞 283

7.11 组织 286

7.11.1 嵌入切片 287

7.11.2 无嵌入切片 287

7.11.3 水合切片 288

7.11.4 冷冻-断裂复制品 289

7.11.5 免疫标记 289

7.12 生物矿物 290

7.12.1 骨、肌腱和软骨 290

7.12.2 牙 291

7.12.3 外壳 292

参考文献 293

8 其他探针显微镜 310

8.1 概述 310

8.2 扫描隧道显微镜 310

8.3 扫描近场光学显微镜 313

8.4 扫描离子电导显微镜 314

8.5 扫描热显微镜 316

8.6 光镊和光子力显微镜 317

参考文献 320

9 力谱 321

9.1 原子力显微镜的力测量 321

9.2 力谱的第一步：从原始数据到力-距离曲线 322

9.2.1 定量悬臂位移 322

9.2.2 确定悬臂弹性常数 323

9.2.3 力-距离曲线分析 325

9.3 拉伸方法 327

9.3.1 分子的固有弹性特性 327

9.3.2 分子识别力谱 331

9.3.3 化学力显微镜（CFM） 335

9.4 推压方法 335

9.4.1 胶体探针显微镜（CPM） 335

9.4.2 如何制作胶体探针悬臂组件 337

9.4.3 变形和压痕方法 340

9.5 力-距离曲线分析 341

9.5.1 蠕虫状链和自由连接链模型 341

9.5.2 分子相互作用 343

9.5.3 变形分析 345

9.5.4 剥离时的黏合力 345

9.5.5 变形时的弹性压痕深度（δ）和接触半径（a） 346

9.5.6 零载荷时的接触半径 346

9.5.7 胶体力 347

参考文献 348

扫描探针显微镜（SPM）相关参考书籍 356

索引 358