原子力显微镜及其生物学应用

《Atomic Force Microscopy for Biologists》是原子力显微镜在生物学应用方面的经典著作，自1999年出版以来取得良好反响，并于2010年进行了第二次修订出版。本书共9章，内容涵盖原子力显微镜的设备介绍、使用方法及其相关的应用研究领域，既包含了原子力显微镜技术的基本原理，又探讨了其应用在不同生物组织系统中的关键问题。本书适合从事与原子力显微镜技术相关的如生物学、材料学、食品科学等领域的技术人员、科研人员及相关专业的师生阅读参考。

1绪论1 2仪器4 2.1原子力显微镜4 2.2压电扫描器6 2.3探针和悬臂8 2.3.1悬臂的几何形状8 2.3.2探针针尖的几何形状10 2.3.3探针针尖功能化12 2.4样品架12 2.4.1液体样品池12 2.5检测方法13 2.5.1光学检测：激光束偏移13 2.5.2光学探测器：干涉测量15 2.5.3电子探测器：电子隧道15 2.5.4电检测器：电容17 2.5.5电探测器：压电悬臂17 2.6控制系统18 2.6.1AFM电子18 2.6.2电子操作19 2.6.3反馈控制回路21 2.6.4设计限制22 2.6.5提高大扫描器的性能23 2.7振动隔离：热和机械23 2.8校准24 2.8.1压电扫描器的非线性特性25 2.8.2探针相关因素：卷积效应25 2.8.3校准标准26 2.8.4扫描校准样品的探针针尖27 2.9整合型原子力显微镜28 2.9.1联用AFM光学显微镜28 2.9.2“潜艇AFM”——联用AFMLangmuir槽29 2.9.3联用AFM表面等离子共振技术29 2.9.4冷冻AFM30 参考文献30 3基本原理33 3.1力33 3.1.1范德瓦尔斯力和力距离曲线33 3.1.2静电力35 3.1.3毛细管力和黏附力35 3.1.4双层力37 3.2成像模式37 3.2.1接触直流模式38 3.2.2交流模式：轻敲模式和非接触模式38 3.2.3偏转模式43 3.3成像类型44 3.3.1形貌45 3.3.2摩擦力45 3.3.3相位45 3.4基底46 3.4.1云母47 3.4.2玻璃47 3.4.3石墨47 3.5一般问题47 3.5.1热漂移47 3.5.2多针效应48 3.5.3“泳池”伪像49 3.5.4高反射样品上的光学干扰49 3.5.5样品粗糙度50 3.5.6样品流动性51 3.5.7液体中成像51 3.6开始52 3.6.1DNA52 3.6.2麻烦的大样品54 3.7图像优化56 3.7.1灰度级和彩色表56 3.7.2亮度和对比度56 3.7.3高通和低通滤波56 3.7.4归一化和平面拟合56 3.7.5去尖57 3.7.6傅里叶过滤57 3.7.7相关平均58 3.7.8立体图和浮雕58 3.7.9做好你的功课58 参考文献59 4大分子60 4.1成像方法60 4.1.1针尖黏附、分子损伤和推移60 4.1.2将大分子沉积在基底上60 4.1.3金属涂层样品62 4.1.4在空气中成像62 4.1.5非水性液体成像63 4.1.6将分子与基底结合63 4.1.7在水或缓冲液下成像66 4.2核酸（DNA）68 4.2.1DNA成像68 4.2.2DNA构象、大小和形状69 4.2.3DNA蛋白相互作用74 4.2.4特定站点的定位和绘谱77 4.2.5染色体79 4.3核酸（RNA）81 4.4多糖82 4.4.1多糖成像83 4.4.2大小、形状、结构和构象84 4.4.3聚集体，网络和凝胶90 4.4.4纤维素，植物细胞壁和淀粉95 4.4.5蛋白多糖和黏蛋白100 4.5蛋白质102 4.5.1球状蛋白102 4.5.2抗体107 4.5.3纤维蛋白108 参考文献112 5界面系统167 5.1界面介绍167 5.1.1表面活性167 5.1.2界面系统AFM研究170 5.1.3Langmuir槽170 5.1.4Langmuir-Blodgett膜转移171 5.2样品制备172 5.2.1清洁方案：玻璃器皿和槽172 5.2.2基底174 5.2.3浸渍175 5.3磷脂175 5.3.1早期磷脂膜AFM研究176 5.3.2AFM修饰磷脂双层177 5.3.3AFM研究双层内在性质179 5.3.4磷脂双层中的波纹相181 5.3.5混合磷脂膜184 5.3.6支撑层的影响186 5.3.7磷脂层的动态过程188 5.4脂质体和完整的囊泡192 5.4脂质蛋白混合膜193 5.5.1磷脂双层的高分辨率研究197 5.6混杂脂质/表面活性剂膜198 5.7界面蛋白膜198 5.7.1具体注意事项198 5.7.2界面蛋白膜的AFM研究200 参考文献204 6有序大分子211 6.1三维晶体211 6.1.1结晶纤维素211 6.1.2蛋白质晶体212 6.1.3核酸晶体214 6.1.4病毒和病毒晶体215 6.2二维蛋白晶体：介绍218 6.2.1AFM必须提供什么218 6.2.2样品制备：膜蛋白220 6.2.3样品制备：可溶性蛋白质220 6.3二维膜蛋白晶体的AFM研究222 6.3.1紫膜222 6.3.2缝隙连接224 6.3.3光合蛋白膜226 6.3.4肾膜中的ATP酶227 6.3.5PmpF孔蛋白227 6.3.6细菌S层228 6.3.7噬菌体-29头尾连接子231 6.3.8膜动力学的AFM成像232 6.3.9膜蛋白的力谱234 6.3.10气体囊泡蛋白234 6.4可溶性蛋白质二维晶体的AFM研究235 6.4.1成像条件237 6.4.2静电考虑238 参考文献240 7细胞、组织和生物矿物250 7.1成像方法250 7.1.1样品准备250 7.1.2力绘谱和机械测量252 7.2微生物细胞：细菌，孢子和酵母菌261 7.2.1细菌261 7.2.2酵母269 7.3血细胞269 7.3.1红细胞270 7.3.2白细胞和淋巴细胞272 7.3.3血小板272 7.4神经元和神经胶质细胞273 7.5上皮细胞275 7.6非融合肾细胞276 7.7内皮细胞277 7.8心肌细胞278 7.9其他哺乳动物细胞280 7.10植物细胞283 7.11组织286 7.11.1嵌入切片287 7.11.2无嵌入切片287 7.11.3水合切片288 7.11.4冷冻断裂复制品289 7.11.5免疫标记289 7.12生物矿物290 7.12.1骨、肌腱和软骨290 7.12.2牙291 7.12.3外壳292 参考文献293 8其他探针显微镜310 8.1概述310 8.2扫描隧道显微镜310 8.3扫描近场光学显微镜313 8.4扫描离子电导显微镜314 8.5扫描热显微镜316 8.6光镊和光子力显微镜317 参考文献320 9力谱321 9.1原子力显微镜的力测量321 9.2力谱的步：从原始数据到力距离曲线322 9.2.1定量悬臂位移322 9.2.2确定悬臂弹性常数323 9.2.3力距离曲线分析325 9.3拉伸方法327 9.3.1分子的固有弹性特性327 9.3.2分子识别力谱331 9.3.3化学力显微镜（CFM）335 9.4推压方法335 9.4.1胶体探针显微镜（CPM）335 9.4.2如何制作胶体探针悬臂组件337 9.4.3变形和压痕方法340 9.5力距离曲线分析341 9.5.1蠕虫状链和自由连接链模型341 9.5.2分子相互作用343 9.5.3变形分析345 9.5.4剥离时的黏合力345 9.5.5变形时的弹性压痕深度（δ）和接触半径（犪）346 9.5.6零载荷时的接触半径346 9.5.7胶体力347 参考文献348 扫描探针显微镜（SPM）相关参考书籍356 索引358

本书的三位著者Victor J. Morris, Andrew R. Kirby, A.Patrick Gunning均在英国Quadram生物科学研究所(原食品研究所)工作，都是国际的原子力显微镜生物学(特别是食品)应用专家。

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