생물학 연구에 생물학 현미경의 응용
Binnig는 주사 탐침 현미경을 발명하여 노벨 물리학상을 수상했습니다. 이 현미경은 기존의 광학 현미경보다 훨씬 더 높은 배율을 달성합니다. 광학현미경의 배율은 일반적으로 1000배를 넘지 않는 반면, 전자현미경의 배율은 100~100,000배에 달해 원자 수준에서 물질과 그 구조를 직접 관찰할 수 있어 미시세계를 탐구하는 주요 도구 중 하나가 됐다.
원자현미경(AFM)의 장점 중 하나는 시료 준비에 있습니다. 투과전자현미경과 달리 시편에는 복잡한 전처리가 필요하지 않습니다. AFM은 생리학적 조건에서 살아있는 생물학적 표본을 관찰할 수 있으며 살아있는 세포의 역동적인 변화를 포착할 수 있습니다. 또한 AFM은 3차원 이미지를 얻을 수 있습니다. 원칙적으로 원자현미경(AFM)은 시료의 표면 형태와 물리적 특성을 나노미터 규모로 분석하고 개별 생체분자의 이미징 및 분석을 수행할 수 있습니다. 또한 AFM에서 얻은 신호는 힘 스펙트럼으로도 사용할 수 있습니다.
또한 AFM은 원자 이동, 표본 절단, 세포막 천공 등 표본 표면의 원자 또는 분자를 처리하고 변형할 수 있습니다. 요약하자면, 고해상도, 살아있는 표본 관찰 능력, 시료 처리 능력은 원자현미경(AFM)의 세 가지 주요 장점입니다.
AFM은 일반적으로 끝이 날카로운 마이크로캔틸레버를 사용합니다. 팁과 샘플 표면 사이에는 약한 힘이 존재합니다. 팁과 샘플 사이의 상호 작용력은 Lennard-Jones 전위로 설명할 수 있습니다. \\(F(r)=-\\frac{C}{r^D}+\\frac{\\sigma}{r^Z}\\); 여기서 C와 \\(\\sigma\\)는 상수이고, r은 팁과 샘플 사이의 거리를 나타냅니다. 팁이 시료 표면에 가까우면 분자간 힘이 인력에서 척력으로 변합니다. 팁에 작용하는 힘은 샘플의 표면 형태와 기타 특성 정보를 반영합니다.
예를 들어 \\(F(Z)=2KB(3-Z)\\), 여기서 Z는 프로브 팁의 수직 위치입니다. BFAM(명시야 원자력 현미경)은 표본 표면에서 반사된 레이저 광선 다발을 사용하여 분할된 포토다이오드에 투사됩니다. 시편 표면 구조의 변화로 인해 빛의 세기가 변화하므로 시편의 표면 지형 정보를 얻을 수 있습니다. 표본의 원자 수준 형태학적 이미지는 원자간력 현미경으로 기록됩니다.
