Anvendelser av biologiske mikroskoper i biologisk forskning
Binnig oppfant skanningsprobemikroskopet, som vant Nobelprisen i fysikk. Dette mikroskopet oppnår langt høyere forstørrelse enn konvensjonelle optiske mikroskoper. Forstørrelsen av optiske mikroskoper overstiger vanligvis ikke 1000 ganger, mens forstørrelsen til elektronmikroskop varierer fra 100 til 100 000 ganger, noe som muliggjør direkte observasjon av stoffer og deres strukturer på atomskala, som har blitt et av de viktigste verktøyene for å utforske mikroverdenen.
En av fordelene med atomkraftmikroskopi (AFM) ligger i prøveforberedelsen. I motsetning til transmisjonselektronmikroskopi, krever prøver ingen komplisert forbehandling. AFM kan observere levende biologiske prøver under fysiologiske forhold, og kan fange opp dynamiske endringer av levende celler; videre kan AFM få tredimensjonale bilder. I prinsippet kan atomkraftmikroskopi (AFM) løse overflatemorfologien og de fysiske egenskapene til prøver på nanometerskala, og utføre avbildning og analyse av individuelle biomolekyler. I tillegg kan signalet oppnådd av AFM også tjene som kraftspekteret.
AFM muliggjør også prosessering og modifisering av atomer eller molekyler på prøveoverflaten, for eksempel bevegelige atomer, kutting av prøver og perforering av cellemembraner. Oppsummert er den høye oppløsningen, evnen til å observere levende prøver og prøvebehandling de tre store fordelene med atomkraftmikroskopi (AFM).
AFM bruker vanligvis microcantilevers med en skarp spiss. En svak kraft eksisterer mellom spissen og prøveoverflaten. Interaksjonskraften mellom spissen og prøven kan beskrives ved Lennard-Jones-potensialet: \\(F(r)=-\\frac{C}{r^D}+\\frac{\\sigma}{r^Z}\\); hvor C og \\(\\sigma\\) er konstanter, representerer r avstanden mellom spissen og prøven. Når spissen er nær prøveoverflaten, går den intermolekylære kraften fra tiltrekningskraft til frastøtende kraft. Kraften som virker på spissen reflekterer overflatemorfologi og annen karakteristisk informasjon om prøven.
For eksempel \\(F(Z)=2KB(3-Z)\\), hvor Z er den vertikale posisjonen til sondespissen. Bright-field atomic force microscopy (BFAM) bruker en bunt laserlys som reflekteres fra prøveoverflaten og deretter projiseres på en delt fotodiode. Variasjoner i overflatestrukturen til prøven forårsaker endringer i lysintensiteten, slik at overflatetopografiinformasjonen til prøven kan oppnås. Det morfologiske bildet på atomnivå av prøven registreres ved atomkraftmikroskopi.
