济南微生态生物医学省实验室生物型原子力显微镜，邀你共探微观力学世界
在生命科学与新材料的前沿探索中，你是否也曾被这些难题困住？
想实时观察活细胞的动态，却找不到既能维持生理活性、又能实现超高分辨率的工具？
想精准测量单颗病毒、蛋白纤维甚至DNA链的力学强度，却受限于传统技术的灵敏度？
想在原位获取样品表面的三维形貌、刚度、粘附力等力学图谱，却无法在同一平台无缝联用？
现在，济南微生态生物医学省实验室携布鲁克旗下新一代生物型原子力显微镜——NanoWizard V，正式开放技术服务，诚邀校内外团队一起，奔赴微观力学的星辰大海。
一分钟了解原子力显微镜：它“看”世界的方式截然不同
原子力显微镜里没有镜头和目镜，也不需要光源。它本质上是一台精密的力学测量设备——通过一根末端带有纳米级针尖的弹性悬臂梁，在样品表面逐行扫描，感知针尖与样品间极其微弱的吸引力或排斥力。激光打在悬臂背面，将这些微小弯曲放大并转换为电信号，采用“光杠杆”结构将悬臂梁微小的弯曲量放大为可测量的激光点偏移量，通过四象限光电二极管检测激光点位置变化，最终重建出样品表面的三维形貌，同时还能输出模量、粘附力、型变量等多重力学性质。
因为它可以在缓冲液或培养基中工作，无需对样品进行染色或涂布，也不会接触电子，所以特别适合活细胞、蛋白、DNA等生物样品的高分辨成像，这是传统电镜难以实现的。
原子力显微镜能干什么？
概括而言，AFM能帮你实现三大核心任务：看形貌、测力学、观动态。
看形貌——液下亚纳米级成像，直击生物分子真面目
原子力显微镜（AFM）就像一台能在液体环境中工作的“纳米级显微镜”，可以直接“看见”单个蛋白质分子的表面形貌，不需要染色或冷冻处理，从而呈现出生物分子在接近天然状态下的真实样貌和排列方式。
经典案例：Müller等利用AFM在液下对细菌视紫质成像，以4.5~5.8 Å的侧向分辨率直接观测到了膜蛋白的天然表面结构，充分展示了AFM在生理环境下的亚纳米级表征潜力
Müller DJ, Sass HJ, Müller SA, Büldt G, Engel A. Surface structures of native bacteriorhodopsin depend on the molecular packing arrangement in the membrane. J Mol Biol. 1999 Feb 5;285(5):1903-9. doi: 10.1006/jmbi.1998.2441. PMID: 9925773.
测力学——单分子力谱，量化分子间作用力与蛋白力学稳定性
原子力显微镜（AFM）就像一双能在液体环境中操作的“纳米机械手”，可以抓住单个蛋白质分子进行拉伸，一边拉一边记录需要多大的力，从而告诉我们这个蛋白质有多“结实”、它的结构是怎样一步步被拉开的——这种对单个分子进行“操作与测量同步”的能力，是其他技术做不到的。
经典案例：Rief等利用AFM单分子力谱拉伸单个肌联蛋白并同步记录力曲线，以表征其结构域力学稳定性与解折叠动力学，观测到周期25–28 nm的锯齿状力峰（对应免疫球蛋白结构域逐级解折叠，力值150–300 pN）及松弛后的重折叠，揭示了该蛋白的可逆性力学响应。
Rief M, Gautel M, Oesterhelt F, Fernandez JM, Gaub HE. Reversible unfolding of individual titin immunoglobulin domains by AFM. Science. 1997 May 16;276(5315):1109-12. doi: 10.1126/science.276.5315.1109. PMID: 9148804.
观动态——高速AFM实时追踪生物分子动态过程
普通AFM成像速度较慢，拍一张“照片”需要几十秒，难以捕捉分子的动态变化。高速AFM则大幅提升了扫描速度，能在生理环境中对单个生物分子进行连续、快速的“拍照”，并将这些照片串联成“电影”，从而实时记录分子运动、构象变化等瞬时过程，就像用高速摄像机拍摄蜂鸟扇动翅膀一样。
经典案例：Ando等利用高速AFM对肌球蛋白V分子进行连续成像，实时观测了其沿肌动蛋白纤维运动的步进行为。
Ando T, Kodera N, Takai E, Maruyama D, Saito K, Toda A. A high-speed atomic force microscope for studying biological macromolecules. Proc Natl Acad Sci U S A. 2001 Oct 23;98(22):12468-72. doi: 10.1073/pnas.211400898. Epub 2001 Oct 9. PMID: 11592975; PMCID: PMC60077.
测活细胞力学——原位表征细胞刚度与生理状态
原子力显微镜（AFM）可以像一个微小的“手指”，在保持细胞存活的条件下轻轻按压细胞表面，精准感知细胞的软硬程度和表面特征。细胞的力学性质（如刚度、粘附力）是其生理状态的重要反映——例如，发生病变、分化或迁移的细胞，其软硬程度通常与正常细胞有明显差异。AFM相当于给活细胞做“触诊”，在不损伤细胞的前提下，通过力学信号实时监测细胞的健康与功能状态，为理解生理过程、疾病机制及药物响应提供了全新的视角。
经典案例：Cross等利用AFM对活体转移性癌细胞进行力学测量，发现其刚度较正常间皮细胞软化70%以上且分布更窄（标准差窄5倍），不同来源（肺癌、乳腺癌、胰腺癌）的癌细胞呈现一致的低刚度，该力学指标与免疫组化检测结果高度吻合，表明AFM可作为一种区分正常与癌变细胞的物理表征手段。
Cross SE, Jin YS, Rao J, Gimzewski JK. Nanomechanical analysis of cells from cancer patients. Nat Nanotechnol. 2007 Dec;2(12):780-3. doi: 10.1038/nnano.2007.388. Epub 2007 Dec 2. PMID: 18654431.
为什么选择济南微生态生物医学省实验室？
济南微生态生物医学省实验室配备山东省唯一一台布鲁克最新一代生物型AFM旗舰——NanoWizard V，专为生命科学与软物质研究打造，集定量成像、高速扫描、智能力学谱与全自动化于一身。
定量成像模式（QI™），软样品与活细胞的理想之选
独家集成的QI™模式在每个像素点记录完整力曲线，探针在点与点之间完全抬起，几乎不存在侧向力。特别适用于活细胞、溶液中单分子、固定不牢固的微生物等极软、高粘度或具有陡峭边缘的样品。扫描同时在线显示粘附力、刚度等定量信息，离线后处理可进一步计算杨氏模量等力学参数。
超大范围精准扫描，原子级分辨率，捕捉每一个动态瞬间
XY扫描范围 100 μm × 100 μm，Z方向 15 μm，三轴独立双探头传感器，X、Y方向噪音 RMS ≤ 0.09 nm，Z方向噪音 RMS ≤ 0.04nm，实现原子级分辨率。样品完全静止，仅扫描器运动，消除热漂移与机械漂移，适合长时间原位观测与活细胞动态监测。XY二维全聚焦扫描，视场全域清晰。配合高反馈带宽与优化扫描器，可在生理环境中捕捉囊泡形成与释放、胶原纤维自组织等快速动态过程。
智能力学谱：扫描一次，多维信息同时到手
除QI™模式外，设备还支持接触模式与间歇接触模式（轻敲模式）。轻敲模式下，相图可反映样品的刚度、模量、粘附力差异——即使形貌平整的样品，相图也可呈现显著对比度。力灵敏度精确至皮牛（pN）级，满足从活细胞（约100 pN成像力）到单分子力谱的多样化需求。
无缝光学联用，全自动操作，让研究回归科学本身
NanoWizard V专为倒置光学显微镜设计，可与共聚焦、TIRF、超分辨等系统无缝耦合，实现AFM与光学显微镜同步测量，形貌、力学信息精准对位。操作层面，从激光对准、探针校准到多区域自动成像，全程高度自动化。集成热噪声校准方法，可在空气或液体中快速校准探针弹性系数；Sader法更无需力曲线即可计算探针灵敏度。基于工作流的软件设计，确保高质量、可重复的数据产出。
济南微生态生物医学省实验室秉持开放、合作、共赢的理念，热忱欢迎国内外科研机构、高校、医院、企业等各界同仁前来交流合作。我们期待与您携手，共同推动生命科学研究的深入发展，为人类健康事业贡献智慧和力量。
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