原子力显微镜在分子识别成像中的最新进展,Accounts of Chemical Research

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原子力显微镜在分子识别成像中的最新进展
Accounts of Chemical Research ( IF 16.4 ) Pub Date : 2016-03-02 00:00:00 , DOI: 10.1021/acs.accounts.5b00533
Subhadip Senapati ₁ , Stuart Lindsay ₁

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原子力显微镜（AFM）在生物纳米技术领域中是一种非常强大的工具，因为它具有对单个分子进行成像并以微微网灵敏度测量分子相互作用力的能力。它可以在水性介质中工作，从而可以研究在生理条件下发生的分子现象。样品可以在接近自然状态下成像，而无需任何进一步的修饰（例如染色或标记）。AFM成像与力测量相结合，为AFM技术增加了一项新功能，即分子识别成像。分子识别成像通过生成同时的形貌和识别图像（TREC），可以绘制两个分子之间的特定相互作用的图谱（一个分子附着在AFM尖端上，另一个分子附着在成像基质上）。自发现以来识别成像技术已成功应用于不同系统，例如抗体-蛋白质，适体-蛋白质，肽-蛋白质，染色质，抗原-抗体，细胞等。因为该技术基于配体和受体之间的特异性结合，所以它具有检测蛋白质混合物中特定蛋白质或监测天然生理状态下的生物学现象的能力。识别成像技术的关键步骤之一是AFM尖端（通常是硅，氮化硅，金等）的功能化。在文献中已经报道了几种不同的功能化方法，这取决于目标分子和尖端的材料。聚乙二醇通常用作提供适当结合所必需的柔韧性，作为携带亲和分子的连接体的一部分。最近，已经合成了杂功能三臂接头，并成功地将其与两个不同的亲和分子连接。当连接到AFM尖端时，这种新颖的接头有助于使用所谓的“双色”识别图像从蛋白质混合物中同时检测出两种不同的蛋白质。自然界中的生物现象通常涉及多分子相互作用，这种新的连接子对于使用AFM识别成像研究它们的理想选择。它也有可能在诊断技术中广泛使用。该帐户包括AFM识别成像的基础知识，尖端功能的简要讨论，最新进展以及未来的方向和可能性。当连接到AFM尖端时，这种新颖的接头有助于使用所谓的“双色”识别图像从蛋白质混合物中同时检测出两种不同的蛋白质。自然界中的生物现象通常涉及多分子相互作用，这种新的连接子对于使用AFM识别成像研究它们的理想选择。它也有可能在诊断技术中广泛使用。该帐户包括AFM识别成像的基础知识，尖端功能的简要讨论，最新进展以及未来的方向和可能性。当连接到AFM尖端时，这种新颖的接头有助于使用所谓的“双色”识别图像从蛋白质混合物中同时检测出两种不同的蛋白质。自然界中的生物现象通常涉及多分子相互作用，这种新的连接子对于使用AFM识别成像研究它们的理想选择。它也有可能在诊断技术中广泛使用。该帐户包括AFM识别成像的基础知识，尖端功能的简要讨论，最新进展以及未来的方向和可能性。这种新的连接器可能是使用AFM识别成像技术研究它们的理想选择。它也有可能在诊断技术中广泛使用。该帐户包括AFM识别成像的基础知识，尖端功能的简要讨论，最新进展以及未来的方向和可能性。这种新的连接器可能是使用AFM识别成像技术研究它们的理想选择。它也有可能在诊断技术中广泛使用。该帐户包括AFM识别成像的基础知识，尖端功能的简要讨论，最新进展以及未来的方向和可能性。

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Recent Progress in Molecular Recognition Imaging Using Atomic Force Microscopy

Atomic force microscopy (AFM) is an extremely powerful tool in the field of bionanotechnology because of its ability to image single molecules and make measurements of molecular interaction forces with piconewton sensitivity. It works in aqueous media, enabling studies of molecular phenomenon taking place under physiological conditions. Samples can be imaged in their near-native state without any further modifications such as staining or tagging. The combination of AFM imaging with the force measurement added a new feature to the AFM technique, that is, molecular recognition imaging. Molecular recognition imaging enables mapping of specific interactions between two molecules (one attached to the AFM tip and the other to the imaging substrate) by generating simultaneous topography and recognition images (TREC). Since its discovery, the recognition imaging technique has been successfully applied to different systems such as antibody–protein, aptamer–protein, peptide–protein, chromatin, antigen–antibody, cells, and so forth. Because the technique is based on specific binding between the ligand and receptor, it has the ability to detect a particular protein in a mixture of proteins or monitor a biological phenomenon in the native physiological state. One key step for recognition imaging technique is the functionalization of the AFM tips (generally, silicon, silicon nitrides, gold, etc.). Several different functionalization methods have been reported in the literature depending on the molecules of interest and the material of the tip. Polyethylene glycol is routinely used to provide flexibility needed for proper binding as a part of the linker that carries the affinity molecule. Recently, a heterofunctional triarm linker has been synthesized and successfully attached with two different affinity molecules. This novel linker, when attached to AFM tip, helped to detect two different proteins simultaneously from a mixture of proteins using a so-called “two-color” recognition image. Biological phenomena in nature often involve multimolecular interactions, and this new linker could be ideal for studying them using AFM recognition imaging. It also has the potential to be used extensively in the diagnostics technique. This Account includes fundamentals behind AFM recognition imaging, a brief discussion on tip functionalization, recent advancements, and future directions and possibilities.

更新日期：2016-03-02

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