评述与进展

    碳纳米管原子力显微镜针尖在结构生物学研究中的应用

    国立秋 董小瑛 赵铁强 赵清亮 张飞虎 董 申

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    (哈尔滨工业大学精密工程研究所,哈尔滨150001)

    摘 要 碳纳米管以其较小的半径、较高的纵横比和高的柔韧性成为原子力显微镜对结构生物学进行研究

    的理想针尖。新的制备方法获得了亚纳米级半径的碳纳米管针尖,运用它们得到了生物大分子及其复合物的

    生物结构,并获得了新的生物信息,这用传统的原子力显微镜针尖是无法实现的。

    关键词 原子力显微镜,碳纳米管,生物分子,结构生物学,评述

    2002209228 收稿;2003204225 接受

    本文系国家自然科学基金(No. 50205006) 和哈尔滨工业大学跨学科交叉性研究基金(No. HIT.MP. 2001. 04) 资助项目

    1 引 言

    结构生物学在生物化学中一直起着关键的作用。因为蛋白质和核酸等生物大分子的功能与其三维

    结构密切相关,结构和功能的关系是阐明生化途径的关键,即生物大分子结构的阐明是揭示其功能的基

    础。电子显微镜、X光晶体衍射和核磁共振等方法是分析生物大分子结构的有力手段,但各有其局限之

    处1 ～4 。结构生物学的进步依赖于研究手段的进步,在这方面原子力显微镜(atomic force microscopy ,AFM) 得到了较大的关注。AFM可以在近自然的大气或液体条件下成像,获得三维表面信息,而且结果

    直观,这使其在生物大分子的结构研究中较其它的研究手段具有明显的优势5 。利用AFM对蛋白质和

    核酸的结构进行了观察研究,包括膜蛋白在细胞膜上的排列、蛋白质和DNA 静态构型及复合过程中相

    互作用的动力学过程等6 ,7 。AFM在结构生物学中是否会得到更进一步的发展,主要取决用于成像针

    尖的结构与功能。

    原子力显微镜的成像分辨率取决于探针针尖和样品的相互作用力的大小,而这种作用依赖于探针

    针尖的几何形状、半径、化学组成和表面特性。因此,探针针尖是原子力显微镜的核心部件。传统的

    AFM硅针尖和氮化硅针尖是微悬臂2针尖一体化的结构。针尖是锥形的,锥角为20～30°,曲率半径在

    5～20 nm ,因此,当样品的尺寸大小与探针的曲率半径相当或更小时,会产生加宽效应,使观测到的样品

    较真实值大,影响准确度。尽管相关技术的进步改善了针尖的尖锐程度,但在扫描过程中针尖的磨损以 ......