原子力显微镜利于研究天然状态下的生物样品

蛋白质构象观察得到物理吸附于支持物表面的独立蛋白的高分辨率成像是AFM最具挑战性的任务之一。SanPaulo和García利用AFM观察了抗体分子8（抗人血清白蛋白IgG），抗体分子（－150kD）由两个包含抗原结合位点的Fab段和一个Fc段构成，三级结构为“T”或“Y”形状。HAS分子的AFM成像，显示分子的四种基本形态，每种形态的高分辨率图像。显示抗体分子的Fab段，Fc段突出于表面外；（b）可能代表相反的情况，显示抗体分子的Fc段，Fab臂突出于表面外；（c）为抗体分子的一个Fab臂和Fc段沉积于支持物表面，另一个Fab臂则突出于表面外；（d）显示三个片段都平铺在支持物表面。不同的形态可能是对云母片的非特异吸附造成的。在每种形态中，分子间侧向和垂直方向的分辨率有微小的变化，可能与连接Fab段和Fc段的铰链区的屈曲有关。

Yang等利用AFM观察到β淀粉样蛋白(Aβ)的构象变化9，10,即从自由盘绕状态向β片层和独立晶核聚合状态转变的过程。在纤维形成的必经阶段,即Aβ自由盘绕向β片层构象变化过程中,作为化学伴侣(chemicalchaperones)的有机渗透剂(osmolytes)如三甲胺Ｎ-氧化物(trimethylamineN-oxide，TMAO)和甘油迅速增加，可以使部分变性的蛋白优先水合，稳定构象和聚合状态。同时伴随着从无定形、无结构的形式向统一的球形并有可能产生晶核结构的方向迅速转变。Aβ水合作用中的渗透剂的增加也影响着淀粉样物质形成的最后阶段并介导体内初原纤维向成熟纤维的转变。这些发现提示水合力可以用来控制纤维组装,而且可以对细胞器如内质网中的Aβ的聚集和淀粉化途径的体内建模提供帮助。

国内中科院化学所王志刚等利用STM与ATM直接观察β淀粉样蛋白在石墨表面的吸附及其凝聚体的精细结构。发现Aβ42易吸附在石墨台阶等缺陷处，并纤维化。纤维上有分节现象。在Aβ42在凝聚过程中，单体先自组装成初纤维，单体和初纤维再组装成纤维；初纤维和纤维、纤维和纤维之间可以交织形成螺旋结构。且Aβ淀粉样蛋白凝聚时，因外界条件及样品制备方法不同，形成的纤维具有多样性。

除了在蛋白质研究中的应用，AFM还可应用于DNA、DNA——蛋白质复合物、多糖等研究以及生物分子识别，可以实时观察细胞和细胞器的形态及变化，测量生物分子间力等。在生命科学领域，AFM有独特的优势，但也存在不足，例如无法观察细胞、细胞器内部形态，因此在实际研究过程中，我们可将AFM与其他仪器设备如透射电镜、激光共焦显微镜、核磁共振、X射线晶体衍射等结合应用，以期获得更为全面、真实的结果。