什么是原子力显微镜（Atomic Force Microscopy）？

原子力显微镜（AFM）于1985年由Binnig、Quate和Gerber首次展示。从那时起，这种高分辨率的非光学成像技术已经成为表面分析的有力工具。

AFM是一种精确和非破坏性的方法，可以获得各种测量，包括样品表面的地形、电、磁、化学、光学和机械测量。AFM可以在空气、液体或超高真空中获得这些测量结果，使这种技术对先进的科学实验室来说非常宝贵，并有助于推动众多科学领域的发展。

原子力显微镜是如何工作的？
原子力显微镜（AFM）的方法类似于扫描隧道显微镜，它使用锋利的针尖对样品的表面进行光栅扫描，产生一个反馈回路，对产生样品表面图像所需的参数进行微调。

AFM与扫描隧道显微镜不同，因为它不需要导电的样品，而不是利用隧道的量子力学效应，AFM利用原子力来绘制样品和尖端之间的相互作用。

各种AFM方法几乎可以实现任何可测量的力的相互作用，包括电、磁、热和范德瓦尔斯。

原子力显微镜的应用
到目前为止，AFM的大量应用已经被开发出来。这些应用有助于推动广泛的科学领域的研究和发展。

AFM有几个主要的优点，这促使它被广泛的学科所采用，包括能够对纳米级和三维结构进行成像，在接近生理条件下测量样品（例如，不需要损坏或染色），实时获得数据并获得结构和机械信息。

AFM的一些最常见的应用包括对生物分子、细胞内环境、细胞或组织、聚合物、陶瓷、复合材料、玻璃和纳米结构进行成像。AFM对癌症研究和诊断领域大有裨益。

原子力显微镜的最新发展
由于原子力显微镜能够对细胞和分子进行纳米级的调查，因此它对癌症研究有着不可思议的好处。迄今为止，原子力显微镜在肿瘤学中的两个最关键的应用包括诊断癌症中的单细胞，观察癌细胞与非癌细胞之间的变化，以及开发抗癌药物。

2021年，英国谢菲尔德大学的研究人员发表了他们的研究结果，他们开发了一种使用AFM来描述转移性乳腺肿瘤的新方法。

该团队建立了一种量化乳腺癌的微观力学特性的方法，如弹性模量和粘度。

利用原子力显微镜，该团队在不损害乳腺癌骨转移样本或周围微环境的情况下进行测量。诸如此类的研究表明，AFM在了解癌症的疾病发展、进展和转移的机制方面是多么的关键。

其他最近的发展包括利用AFM来发展我们对造成COVID-19大流行的SARS-CoV-2病毒的理解。

2021年6月发表在《科学报告》上的一项研究表明，AFM可以有效地分析单一的SARS-CoV-2病毒。

该团队的方法使用AFM准确描绘了结构完整的感染性和灭活的病毒。他们将AFM和斑块检测结合起来，对于加速针对COVID-19大流行病的研究具有根本意义。该技术也可能被用于研究其他病毒。

原子力显微镜面临的挑战
尽管原子力显微镜是全世界实验室中一个成熟的研究工具，但它并非没有局限性。例如，AFM要求样品被吸附在支持表面上。这可能会改变囊泡的大小和形状，使样品变形。

其他的挑战包括单次扫描的图像尺寸，它比扫描电子显微镜的图像尺寸大得多：150 x 150微米的顺序与毫米的顺序。

与同类技术相比，AFM的扫描时间相对较短，这可能会影响样品的热漂移。最后，探针的周期性接触会不经意地将脂质体拖过样品。然而，尽管有这种限制，AFM仍然被用于评估脂质体。

原子力显微镜的未来
AFM已经被确立为一种备受信赖的技术，用于研究广泛的样品，包括生物和非生物的样品。

然而，该方法仍有待于发挥其全部潜力。最近的研究继续发展该方法以用于新的应用中。

在未来，我们可能会看到AFM在癌症研究方面的继续发展，它在这方面已经产生了重大影响。

鉴于该技术在最近抗击COVID-19大流行病中的重要性，我们也可能看到该技术在病毒学中的进一步应用。

参考资料

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Written by Sarah Moore