| 基本強制顯微學 (AFM)提供這個能力進行表面結構的三維評定在毫微米對subangstrom 解決方法在四周和液體環境。 這些功能導致破土生命科學在脫氧核糖核酸、蛋白質和細胞的調查的預付款。 特別是，配藥研究介入迅速地受益於 AFM，作為一個獨立技術和作為強大的補全對現在可以得到其他公用的分析技術的一定數量的應用。 此應用註解檢查 AFM 如何提供基因運載工具的直接，單個調查的唯一功能在一個水合的狀態的高分辨率。 AFM 歷史記錄和方法 AFM 是技術掃描探測顯微學系列的最常用的 (SPM)表單。 在 1982年 SPM 的始發地從掃描挖洞顯微鏡的發展 (STM)開始了由研究員在 IBM，蘇黎世。 STM 的能力解決在範例表面的原子結構在 1986年獲得了發明者諾貝爾獎。 然而， STM 可能只適用於導電性或半導電的標本。 要擴展此種顯微學到裝绝緣體工的研究，在 1986年基本強制顯微鏡在 IBM 和斯坦福大學之間的協作被發展。 AFM 通過瀏覽在一個靈活的懸臂的末端的一個鋒利的技巧執行在範例表面間的，當維護小，恆定的強制時 (參見圖 1)。 
圖 1. SEM 圖像 (300X 放大) 集成單晶與末端半徑的硅懸臂式和技巧 5nm 對 10nm。 技巧典型地有一條末端半徑 5nm 對 10nm，雖然這可能根據技巧類型變化。 掃描行動由瀏覽在範例的技巧在光柵模式的一個壓電管掃描程序執行 (參見圖 2)。 
一個基本強制顯微鏡的主要元件的圖 2. 概要，顯示 TappingMode 運算的反饋環路。 TappingMode 和聯繫模式 AFM 技巧範例交往是通過反射激光監控的懸臂的返回在已分解光電二極管探測器上的。 二最常用的操作模式是聯繫模式 AFM 和 TappingMode™ AFM，在航空和液體環境裡可以執行。 在聯繫模式 AFM 下，恆定的懸臂式偏折由垂直移動掃描程序 (z) 在每個側面的反饋環路維護 (X， Y) 形成地形學圖像的數據點。 通過維護在掃描期間的恆定的偏折，恆定的垂向力被維護在這個技巧和範例之間。 雖然聯繫模式證明有用各種各樣的應用的，它不是如有效在相對地軟的範例。 另一方面， TappingMode AFM 包括擺動懸臂以其共鳴頻率 (典型地 ~300kHz) 和瀏覽在與常數，被阻止的高度的表面間。 反饋環路通過移動掃描程序 (RMS)維護一個恆定的 rootmean 正方形高度垂直在掃描期間，相應地維護恆定的應用的強制形成一個地形學圖像。 TappingMode 的好處是它比那典型地運行用更低的垂向力可能在聯繫模式下，并且它消滅這個側面，可能損壞有些範例的剪切力。 因此， TappingMode 成為想像軟，脆弱，黏著性和屬於顆粒的表面的首選技術。 在基因發運研究的 AFM 基因治療出現勢頭作為對待的基於基因的疾病一個有效方法。 然而，面對處理的此表單其中一主要阻礙在濃縮的基因的發運對其打算的目標。 有包裝基因發運的脫氧核糖核酸二個公用方法： 病毒和 nonviral。 雖然基因發運病毒斡旋的模式當前是最公用的，它可以有問題歸結於患者的免疫應答的啟動，可能在使用前消滅基因運載工具和導致其他健康問題。 要避免這些複雜化， nonviral 通信工具被製造在脂質體外面或聚合物越來越用於濃縮脫氧核糖核酸或其他藥物涉及的材料。 AFM 經過提供對脫氧核糖核酸結露的進程的更加極大的瞭解順利地改進了發展的這樣基因運載工具。 圖 3 顯示形成用不同的充電關係的 nonviral 脫氧核糖核酸凝析油。 
圖 3。 脫氧核糖核酸四個不同濃縮的狀態從 nonviral 基因運載工具的研究的： a) 濃縮的帶負電荷在 NiCl2- 對待的雲母， b) 濃縮的帶負電荷與 0.2 mM NiCl2， c) 濃縮的帶陽電荷， d) Noncondensed。 根據形成結構，緊密地包裝凝析油或輕微被解開。 1ìm 掃描。 變量在形成進程中導致正或負被充電的凝析油，導致不同程度脫氧核糖核酸裝箱。 AFM 提供一個明顯的好處超過調查的脫氧核糖核酸凝析油其他方法。 因為將看起來在使用中，其中一個最巨大的好處是 AFM 的能力查看運載工具的結構在其水合的狀態的。 另外，與 AFM 的毫微米縮放比例解決方法，研究員容易地裝圖像於罐中脫氧核糖核酸子線并且看見他們如何起反應并且凝聚與一個特殊聚合物或脂質體。 其他技術不允許各自的通信工具的直接調查在一個水合的狀態的高分辨率。 例如，有引起在一個非常大數目的凝析油的大小分佈的多種微粒大小技術，但是他們不可能被應用於單個凝析油。 當前使用的其中一個最公用的技術是電子顯微鏡術 (EM)，提供必要的高分辨率查看各自的凝析油，但是需要重大的範例準備時間并且要求這個標本變乾在真空環境裡。 因為，變乾基因運載工具可能更改他們的結構，結果是，最好，較没有用的。 在最壞情況下，這些結果可能是在無效的基因運載工具的令人誤解和結果。 通常， AFM 適用於基因在解決方法的運載工具。 他們被注射到他們附有基體的可變的細胞，典型地雲母。 通信工具在雲母表面被暫掛由充電。 帶陽電荷的凝析油自然被吸引對雲母表面的負電荷，并且帶負電荷的凝析油可以被吸引到這隻帶負電荷的雲母通過安置一個二價的正離子在這個解決方法，或者通過塗這隻雲母用硅酮形成 AP 雲母。 AFM 想像在解決方法然後執行通過 TappingMode 技術。 雖則簡單準備和執行， AFM 因而能提供非常高分辨率在各自的脫氧核糖核酸凝析油。 基因發運研究 有一定數量的發布基於 AFM 的基因發運研究。 Dunlap 和工友學習了在 supercoiled 質粒脫氧核糖核酸上 5-7kb 結露結構的變化長度與負離子油脂、 lipospermine (dioctadecylamidoglycylspermine 或狗) 和一個負離子聚合物， polyethylenimine (PEI) 的。 發生的凝析油由在 15mM NaCl 解決方法的 TappingMode 是印象的。 對於兩个狗和 PEI，放熱從核心的被摺疊的脫氧核糖核酸循環是明顯的，指示結露通過包裝脫氧核糖核酸被摺疊的循環。 在表 4，捆綁脫氧核糖核酸能明顯地被看見以及聚合物小球。 此部分凝析油形成了從長方形凝析油的通函詢徵的一個超環面的結構與多個結露節點的。 通過變化狗和 PEI 的濃度，完全結露的條件也調查。 發現完全 PEI 凝析油直徑的 20 到 40 毫微米，而發現完全狗凝析油 50 到 70 毫微米。 這建議 PEI 比狗可能是更加有效的冷凝劑。 這個區別在大小上和形態學可能也影響他們的效率作為轉染作用者。 
圖 4. Nonviral 與濃縮的脫氧核糖核酸和聚合物的基因發運。 polyethylenimine (PEI)，一個負離子聚合物 Orangeviolet 小球，被穩定的圓的捆綁黃綠脫氧核糖核酸在五 kilobase 質粒循環。 被不固定的分子是印象的在 15mM 鹽水的 TappingMode。 AFM 在原處也用於對圖像動態過程獲取對形成結構的更好的瞭解與脫氧核糖核酸結露相關。 結露 pegylated 多 (酰胺) 與脫氧核糖核酸在水溶液在實時被觀察了。 聚合物脫氧核糖核酸凝析油的整體正電荷用於靜電地拿著凝析油到這隻帶負電荷的雲母。 然而，未被暫掛至於在他們的形成時那麼嚴格阻止凝析油的移動。 凝析油的想像在解決方法的指示超環面和像標尺的凝析油結構出現。 在表 5，超環面的凝析油的形成能被看到在時間範圍 35 分鐘。 從這些圖像，這個超環面的結構看上去由連接像標尺的凝析油的末端形成。 
圖 5. 超環面的脫氧核糖核酸聚合物凝析油形成 35 周詳時間範圍。 縮放比例棒 = 200nm。 進一步調查在動態平衡狀態顯示了像標尺和超環面的結構的存在，当凝析油變成從像標尺到超環面和超環面像標尺的結構。 學習動態過程在實時使成為可能獲取對結露進程的動能學的更好的瞭解，可能導致在基因發運的重大的改善。 結論 AFM 展示了在學習 nanoscale，在原處脫氧核糖核酸結構的成功。 這有與工作成績的明顯的相關性發展更加有效的基因運載工具。 研究員使用 AFM 高的解決方法，簡化的範例準備，實時調查，非破壞性的想像的許多福利，并且這個能力執行液體對調查脫氧核糖核酸結露結構和多種基因包裝的材料。 雖然討論的示例以上是在基因發運研究中進行與基本強制顯微鏡工作的抽樣，他們指示多麼重要 AFM 是對遠期基因治療。 AFM 的唯一福利在基因治療發展幾乎一定將扮演關鍵的作用。 |