| 基本强制显微学 (AFM)提供这个能力进行表面结构的三维评定在毫微米对subangstrom 解决方法在四周和液体环境。 这些功能导致破土生命科学在脱氧核糖核酸、蛋白质和细胞的调查的预付款。 特别是，配药研究介入迅速地受益于 AFM，作为一个独立技术和作为强大的补全对现在可以得到其他公用的分析技术的一定数量的应用。 此应用注解检查 AFM 如何提供基因运载工具的直接，单个调查的唯一功能在一个水合的状态的高分辨率。 AFM 历史记录和方法 AFM 是技术扫描探测显微学系列的最常用的 (SPM)表单。 在 1982年 SPM 的始发地从扫描挖洞显微镜的发展 (STM)开始了由研究员在 IBM，苏黎世。 STM 的能力解决在范例表面的原子结构在 1986年获得了发明者诺贝尔奖。 然而， STM 可能只适用于导电性或半导电的标本。 要扩展此种显微学到装绝缘体工的研究，在 1986年基本强制显微镜在 IBM 和斯坦福大学之间的协作被发展。 AFM 通过浏览在一个灵活的悬臂的末端的一个锋利的技巧执行在范例表面间的，当维护小，恒定的强制时 (参见图 1)。 
图 1. SEM 图象 (300X 放大) 集成单晶与末端半径的硅悬臂式和技巧 5nm 对 10nm。 技巧典型地有一条末端半径 5nm 对 10nm，虽然这可能根据技巧类型变化。 扫描行动由浏览在范例的技巧在光栅模式的一个压电管扫描程序执行 (参见图 2)。 
一个基本强制显微镜的主要元件的图 2. 概要，显示 TappingMode 运算的反馈环路。 TappingMode 和联系模式 AFM 技巧范例交往是通过反射激光监控的悬臂的返回在已分解光电二极管探测器上的。 二最常用的操作模式是联系模式 AFM 和 TappingMode™ AFM，在航空和液体环境里可以执行。 在联系模式 AFM 下，恒定的悬臂式偏折由垂直移动扫描程序 (z) 在每个侧面的反馈环路维护 (X， Y) 形成地形学图象的数据点。 通过维护在扫描期间的恒定的偏折，恒定的垂向力被维护在这个技巧和范例之间。 虽然联系模式证明有用各种各样的应用的，它不是如有效在相对地软的范例。 另一方面， TappingMode AFM 包括摆动悬臂以其共鸣频率 (典型地 ~300kHz) 和浏览在与常数，被阻止的高度的表面间。 反馈环路通过移动扫描程序 (RMS)维护一个恒定的 rootmean 正方形高度垂直在扫描期间，相应地维护恒定的应用的强制形成一个地形学图象。 TappingMode 的好处是它比那典型地运行用更低的垂向力可能在联系模式下，并且它消灭这个侧面，可能损坏有些范例的剪切力。 因此， TappingMode 成为想象软，脆弱，黏着性和属于颗粒的表面的首选技术。 在基因发运研究的 AFM 基因治疗出现势头作为对待的基于基因的疾病一个有效方法。 然而，面对处理的此表单其中一主要阻碍在浓缩的基因的发运对其打算的目标。 有包装基因发运的脱氧核糖核酸二个公用方法： 病毒和 nonviral。 虽然基因发运病毒斡旋的模式当前是最公用的，它可以有问题归结于患者的免疫应答的启动，可能在使用前消灭基因运载工具和导致其他健康问题。 要避免这些复杂化， nonviral 通信工具被制造在脂质体外面或聚合物越来越用于浓缩脱氧核糖核酸或其他药物涉及的材料。 AFM 经过提供对脱氧核糖核酸结露的进程的更加极大的了解顺利地改进了发展的这样基因运载工具。 图 3 显示形成用不同的充电关系的 nonviral 脱氧核糖核酸凝析油。 
图 3。 脱氧核糖核酸四个不同浓缩的状态从 nonviral 基因运载工具的研究的： a) 浓缩的带负电荷在 NiCl2- 对待的云母， b) 浓缩的带负电荷与 0.2 mM NiCl2， c) 浓缩的带阳电荷， d) Noncondensed。 根据形成结构，紧密地包装凝析油或轻微被解开。 1ìm 扫描。 变量在形成进程中导致正或负被充电的凝析油，导致不同程度脱氧核糖核酸装箱。 AFM 提供一个明显的好处超过调查的脱氧核糖核酸凝析油其他方法。 因为将看起来在使用中，其中一个最巨大的好处是 AFM 的能力查看运载工具的结构在其水合的状态的。 另外，与 AFM 的毫微米缩放比例解决方法，研究员容易地装图象于罐中脱氧核糖核酸子线并且看见他们如何起反应并且凝聚与一个特殊聚合物或脂质体。 其他技术不允许各自的通信工具的直接调查在一个水合的状态的高分辨率。 例如，有引起在一个非常大数目的凝析油的大小分布的多种微粒大小技术，但是他们不可能被应用于单个凝析油。 当前使用的其中一个最公用的技术是电子显微镜术 (EM)，提供必要的高分辨率查看各自的凝析油，但是需要重大的范例准备时间并且要求这个标本变干在真空环境里。 因为，变干基因运载工具可能更改他们的结构，结果是，最好，较没有用的。 在最坏情况下，这些结果可能是在无效的基因运载工具的令人误解和结果。 通常， AFM 适用于基因在解决方法的运载工具。 他们被注射到他们附有基体的可变的细胞，典型地云母。 通信工具在云母表面被暂挂由充电。 带阳电荷的凝析油自然被吸引对云母表面的负电荷，并且带负电荷的凝析油可以被吸引到这只带负电荷的云母通过安置一个二价的正离子在这个解决方法，或者通过涂这只云母用硅酮形成 AP 云母。 AFM 想象在解决方法然后执行通过 TappingMode 技术。 虽则简单准备和执行， AFM 因而能提供非常高分辨率在各自的脱氧核糖核酸凝析油。 基因发运研究 有一定数量的发布基于 AFM 的基因发运研究。 Dunlap 和工友学习了在 supercoiled 质粒脱氧核糖核酸上 5-7kb 结露结构的变化长度与负离子油脂、 lipospermine (dioctadecylamidoglycylspermine 或狗) 和一个负离子聚合物， polyethylenimine (PEI) 的。 发生的凝析油由在 15mM NaCl 解决方法的 TappingMode 是印象的。 对于两个狗和 PEI，放热从核心的被折叠的脱氧核糖核酸循环是明显的，指示结露通过包装脱氧核糖核酸被折叠的循环。 在表 4，捆绑脱氧核糖核酸能明显地被看见以及聚合物小球。 此部分凝析油形成了从长方形凝析油的通函询征的一个超环面的结构与多个结露节点的。 通过变化狗和 PEI 的浓度，完全结露的条件也调查。 发现完全 PEI 凝析油直径的 20 到 40 毫微米，而发现完全狗凝析油 50 到 70 毫微米。 这建议 PEI 比狗可能是更加有效的冷凝剂。 这个区别在大小上和形态学可能也影响他们的效率作为转染作用者。 
图 4. Nonviral 与浓缩的脱氧核糖核酸和聚合物的基因发运。 polyethylenimine (PEI)，一个负离子聚合物 Orangeviolet 小球，被稳定的圆的捆绑黄绿脱氧核糖核酸在五 kilobase 质粒循环。 被不固定的分子是印象的在 15mM 盐水的 TappingMode。 AFM 在原处也用于对图象动态过程获取对形成结构的更好的了解与脱氧核糖核酸结露相关。 结露 pegylated 多 (酰胺) 与脱氧核糖核酸在水溶液在实时被观察了。 聚合物脱氧核糖核酸凝析油的整体正电荷用于静电地拿着凝析油到这只带负电荷的云母。 然而，未被暂挂至于在他们的形成时那么严格阻止凝析油的移动。 凝析油的想象在解决方法的指示超环面和象标尺的凝析油结构出现。 在表 5，超环面的凝析油的形成能被看到在时间范围 35 分钟。 从这些图象，这个超环面的结构看上去由连接象标尺的凝析油的末端形成。 
图 5. 超环面的脱氧核糖核酸聚合物凝析油形成 35 周详时间范围。 缩放比例棒 = 200nm。 进一步调查在动态平衡状态显示了象标尺和超环面的结构的存在，当凝析油变成从象标尺到超环面和超环面象标尺的结构。 学习动态过程在实时使成为可能获取对结露进程的动能学的更好的了解，可能导致在基因发运的重大的改善。 结论 AFM 展示了在学习 nanoscale，在原处脱氧核糖核酸结构的成功。 这有与工作成绩的明显的相关性发展更加有效的基因运载工具。 研究员使用 AFM 高的解决方法，简化的范例准备，实时调查，非破坏性的想象的许多福利，并且这个能力执行液体对调查脱氧核糖核酸结露结构和多种基因包装的材料。 虽然讨论的示例以上是在基因发运研究中进行与基本强制显微镜工作的抽样，他们指示多么重要 AFM 是对远期基因治疗。 AFM 的唯一福利在基因治疗发展几乎一定将扮演关键的作用。 |