Anvendelser af biologiske mikroskoper i biologisk forskning
Binnig opfandt scanningsprobemikroskopet, som vandt Nobelprisen i fysik. Dette mikroskop opnår langt højere forstørrelse end konventionelle optiske mikroskoper. Forstørrelsen af optiske mikroskoper overstiger generelt ikke 1000 gange, mens forstørrelsen af elektronmikroskoper varierer fra 100 til 100.000 gange, hvilket muliggør direkte observation af stoffer og deres strukturer på atomær skala, som er blevet et af de vigtigste værktøjer til at udforske mikroverdenen.
En af fordelene ved atomkraftmikroskopi (AFM) ligger i præparatet. I modsætning til transmissionselektronmikroskopi kræver prøver ingen kompliceret forbehandling. AFM kan observere levende biologiske prøver under fysiologiske forhold og kan fange dynamiske ændringer af levende celler; desuden kan AFM opnå tredimensionelle billeder. I princippet kan atomkraftmikroskopi (AFM) løse overflademorfologien og fysiske egenskaber af prøver på nanometerskalaen og udføre billeddannelse og analyse af individuelle biomolekyler. Derudover kan signalet opnået af AFM også tjene som dets kraftspektrum.
AFM muliggør også behandling og modifikation af atomer eller molekyler på prøvens overflade, såsom bevægelige atomer, skæring af prøver og perforering af cellemembraner. Sammenfattende er den høje opløsning, evnen til at observere levende prøver og prøvebehandling de tre store fordele ved atomkraftmikroskopi (AFM).
AFM bruger sædvanligvis microcantilevers med en skarp spids. Der eksisterer en svag kraft mellem spidsen og prøveoverfladen. Interaktionskraften mellem spidsen og prøven kan beskrives ved Lennard-Jones potentialet: \\(F(r)=-\\frac{C}{r^D}+\\frac{\\sigma}{r^Z}\\); hvor C og \\(\\sigma\\) er konstanter, repræsenterer r afstanden mellem spidsen og prøven. Når spidsen er tæt på prøveoverfladen, skifter den intermolekylære kraft fra tiltrækningskraft til frastødende kraft. Kraften, der virker på spidsen, afspejler overflademorfologi og anden karakteristisk information om prøven.
For eksempel \\(F(Z)=2KB(3-Z)\\), hvor Z er den lodrette position af sondespidsen. Bright-field atomic force microscopy (BFAM) bruger et bundt laserlys, der reflekteres fra prøvens overflade og derefter projiceret på en delt fotodiode. Variationer i prøvens overfladestruktur forårsager ændringer i lysintensiteten, så overfladetopografiinformationen for prøven kan opnås. Det morfologiske billede på atomniveau af prøven optages ved atomkraftmikroskopi.
