原子力显微镜及其生物学应用
作者： （英）维克托 J.莫里斯（VictorJ.Morris），（英）安德鲁 R.柯尔比（Andrew）等著
出版时间：2019年版
内容简介
《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年首次出版以来取得良好反响，并于2010年进行了第二次修订出版。本书的三位著者Victor J. Morris， Andrew R. Kirby， A.Patrick Gunning均在著名的英国Quadram生物科学研究所（原食品研究所）工作，都是国际著名的原子力显微镜生物学（特别是食品）应用专家。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。
目录
[目录]
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
2.6.1 ＡＦＭ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AFM Langmuir槽………………… ２９
2.9.3 联用AFM表面等离子共振技术…………………………… ２９
2.9.4 冷冻AFM ……………………………………………………… ３０
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
3.6.1 ＤＮＡ …………………………………………………………… ５２
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
4.2.1 ＤＮＡ成像……………………………………………………… ６８
4.2.2 ＤＮＡ构象、大小和形状………………………………………… ６９
4.2.3 ＤＮＡ 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
5.1.3 Langmuir槽…………………………………………………… １７０
5.1.4 Langmuir-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
5.3.2 ＡＦＭ修饰磷脂双层…………………………………………… １７７
5.3.3 ＡＦＭ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
6.2.1 ＡＦＭ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
6.3.5 ＯｍｐＦ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 力谱的第一步：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
