Aplicaciones de los microscopios biológicos en la investigación biológica.
Binnig inventó el microscopio de sonda de barrido, que ganó el Premio Nobel de Física. Este microscopio logra un aumento mucho mayor que los microscopios ópticos convencionales. El aumento de los microscopios ópticos generalmente no supera las 1.000 veces, mientras que el de los microscopios electrónicos oscila entre 100 y 100.000 veces, lo que permite la observación directa de sustancias y sus estructuras a escala atómica, lo que se ha convertido en una de las principales herramientas para explorar el micromundo.
Uno de los méritos de la microscopía de fuerza atómica (AFM) reside en la preparación de la muestra. A diferencia de la microscopía electrónica de transmisión, las muestras no requieren ningún tratamiento previo complicado. AFM puede observar especímenes biológicos vivos en condiciones fisiológicas y capturar cambios dinámicos de células vivas; además, AFM puede obtener imágenes tridimensionales. En principio, la microscopía de fuerza atómica (AFM) puede resolver la morfología de la superficie y las propiedades físicas de muestras a escala nanométrica, y realizar imágenes y análisis de biomoléculas individuales. Además, la señal obtenida por AFM también puede servir como espectro de fuerza.
AFM también permite el procesamiento y modificación de átomos o moléculas en la superficie de la muestra, como mover átomos, cortar muestras y perforar membranas celulares. En resumen, la alta resolución, la capacidad de observar especímenes vivos y el procesamiento de muestras son las tres principales ventajas de la microscopía de fuerza atómica (AFM).
AFM suele utilizar micro voladizos con una punta afilada. Existe una fuerza débil entre la punta y la superficie de la muestra. La fuerza de interacción entre la punta y la muestra se puede describir mediante el potencial de Lennard-Jones: \\(F(r)=-\\frac{C}{r^D}+\\frac{\\sigma}{r^Z}\\); donde C y \\(\\sigma\\) son constantes, r representa la distancia entre la punta y la muestra. Cuando la punta está cerca de la superficie de la muestra, la fuerza intermolecular pasa de una fuerza de atracción a una fuerza de repulsión. La fuerza que actúa sobre la punta refleja la morfología de la superficie y otra información característica de la muestra.
Por ejemplo, \\(F(Z)=2KB(3-Z)\\), donde Z es la posición vertical de la punta de la sonda. La microscopía de fuerza atómica de campo brillante (BFAM) utiliza un haz de luz láser reflejada desde la superficie de la muestra y luego proyectada sobre un fotodiodo dividido. Las variaciones en la estructura de la superficie de la muestra provocan cambios en la intensidad de la luz, por lo que se puede obtener la información de la topografía de la superficie de la muestra. La imagen morfológica a nivel atómico del espécimen se registra mediante microscopía de fuerza atómica.
