原子力顯微鏡（ＡＦＭ）是生物顯微技術(shù)的一個(gè)重要組成部分，可實(shí)現(xiàn)液體環(huán)境下活細(xì)胞高分辨率的成像與操作，為細(xì)胞生物學(xué)研究提供了新的方法。近年來(lái)，ＡＦＭ已經(jīng)逐漸發(fā)展成為集樣品成像、力測(cè)量及操作等功能于一體的多功能生物細(xì)胞研究平臺(tái)，在細(xì)胞研究中得到了廣泛的應(yīng)用。在簡(jiǎn)要介紹ＡＦＭ組成與工作原理的基礎(chǔ)上，詳細(xì)闡述了近年來(lái)基于ＡＦＭ成像與力譜技術(shù)的細(xì)胞研究的發(fā)展?fàn)顩r。針對(duì)ＡＦＭ本身所存在的不足，介紹了ＡＦＭ與其他技術(shù)相結(jié)合的研究成果，并對(duì)ＡＦＭ在生物細(xì)胞研究中未來(lái)的發(fā)展方向進(jìn)行了展望。

細(xì)胞是形貌分析中最常用的樣品，目前對(duì)哺乳動(dòng)物活細(xì)胞成像的分辨率被限制在５０～１００ｎｍ，無(wú)法實(shí)現(xiàn)細(xì)胞表面單一成分的觀察。相對(duì)而言，微生物細(xì)胞表面具有良好的剛性且界限明確，通過(guò)ＡＦＭ可得到納米級(jí)分辨率圖像。ＡＦＭ可實(shí)現(xiàn)細(xì)胞在外部刺激或療法作用下結(jié)構(gòu)變化的動(dòng)態(tài)跟蹤，這對(duì)于生物醫(yī)學(xué)研究具有重要意義，如暨南大學(xué)及其附屬醫(yī)院利用ＡＦＭ對(duì)病變、分化、藥物和物理處理等作用下細(xì)胞形貌與結(jié)構(gòu)的變化進(jìn)行對(duì)比分析，研究疾病治療的新方法及藥物的有效性測(cè)試。中國(guó)科學(xué)研究院研究發(fā)現(xiàn)通過(guò)對(duì)人體紅細(xì)胞形貌變化的分析可實(shí)現(xiàn)早期診斷中缺鐵性貧血與地中海貧血的區(qū)分。ＡＦＭ對(duì)微生物細(xì)胞成像最初是在空氣中進(jìn)行的，隨著技術(shù)的進(jìn)步逐步發(fā)展為在液體環(huán)境下對(duì)微生物細(xì)胞形貌的觀察。Ａ．Ｇｉｌｌｉｓ等人通過(guò)對(duì)多種不同水平的蘇云金桿菌進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，利用ＡＦＭ觀察空氣中微生物細(xì)胞結(jié)構(gòu)與定量分析鞭毛尺寸，既簡(jiǎn)便又可靠；Ｇ．Ａｎｄｒｅ等人利用ＡＦＭ對(duì)溶液中極化分布的磷壁酸作用下的植物乳球菌形貌變化進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)磷壁酸在控制細(xì)胞壁的形貌上起著很重要的作用。此外，通過(guò)ＡＦＭ實(shí)時(shí)觀察病原體與藥物間的相互作用可以深入解析抗體與藥物的作用機(jī)理，為生物藥學(xué)研究提供重要的參考。

細(xì)胞的固定是制約活細(xì)胞高分辨率成像技術(shù)發(fā)展的一個(gè)難點(diǎn)問(wèn)題，固定方法的不恰當(dāng)會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞很容易在探針的作用下脫落或者影響到細(xì)胞的活性。已有的細(xì)胞固定方法包括：靜電法、共價(jià)鍵法、捕獲以及黏附等，其中捕獲與黏附的方法相對(duì)而言在活細(xì)胞應(yīng)用中更為理想。Ｒ．Ｄ．Ｔｕｒｎｅｒ等人利用ＡＦＭ對(duì)微孔濾膜捕獲的金黃色葡萄球菌進(jìn)行動(dòng)態(tài)過(guò)程觀察發(fā)現(xiàn)：在細(xì)胞固定狀態(tài)良好的情況下，成像分辨率可達(dá)到接近分子的級(jí)別。

ＡＦＭ成像具有很高的空間分辨率，但是成像速度（約１ｍｉｎ）一直是制約其發(fā)展的重要原因。在原子力顯微鏡出現(xiàn)不久，Ｃ．Ｆ．Ｑｕａｔｅ研究小組就提出了快速ＡＦＭ的研究理念，經(jīng)過(guò)２０多年的研究發(fā)展，在Ｍ．Ｊ．Ｍｉｌｅｓ研究小組、Ｐ．Ｋ．Ｈａｎｓｍａ研究小組及Ｔ．Ａｎｄｏ等人三個(gè)研究團(tuán)隊(duì)的推動(dòng)下，ＨＳ－ＡＦＭ技術(shù)已經(jīng)逐步成熟起來(lái)。Ｔ．Ａｎｄｏ團(tuán)隊(duì)在２００８年已經(jīng)研究出能夠用于蛋白質(zhì)分子研究的全套ＨＳ－ＡＦＭ系統(tǒng)。Ｍ．Ｊ．Ｍｉｌｅｓ等人利用音叉形的掃描器實(shí)現(xiàn)了目前所能達(dá)到的最高成像速率（１３００幀／秒），但是其應(yīng)用受到了很大的限制。目前一般的ＨＳ－ＡＦＭ技術(shù)能夠達(dá)到２５幀／秒的成像速率，且反饋帶寬已經(jīng)超出了１００ｋＨｚ的范圍，可實(shí)現(xiàn)生理?xiàng)l件下生物分子結(jié)構(gòu)變化及動(dòng)態(tài)過(guò)程的跟蹤成像。在現(xiàn)有ＡＦＭ的設(shè)備基礎(chǔ)上，掃描速率已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)瓶頸，因此，近年來(lái)關(guān)于ＨＳ－ＡＦＭ的研究重點(diǎn)開(kāi)始轉(zhuǎn)向設(shè)備的改進(jìn)、應(yīng)用范圍及功能的擴(kuò)展，其研究領(lǐng)域包括２Ｄ晶體系統(tǒng)、單個(gè)蛋白、蛋白質(zhì)自組裝過(guò)程、ＤＮＡ結(jié)合蛋白、非生物研究中的操作與成像等。如Ｃ．Ｉｇｎａｃｉｏ等人利用ＨＳ－ＡＦＭ對(duì)細(xì)胞膜表面蛋白進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，研究生物膜結(jié)構(gòu)與動(dòng)態(tài)過(guò)程之間的聯(lián)系。目前，用于進(jìn)行活細(xì)胞成像的ＨＳ－ＡＦＭ還沒(méi)有完全建立起來(lái)，但是已經(jīng)有相關(guān)研究開(kāi)始利用ＨＳ－ＡＦＭ對(duì)單個(gè)細(xì)胞的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤成像。

蘇州飛時(shí)曼精密儀器有限公司成立于2013年，在2015年，公司獲得江蘇省高新技術(shù)企業(yè)認(rèn)證，擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)30多項(xiàng)，研發(fā)的多款產(chǎn)品被評(píng)為高新技術(shù)產(chǎn)品，并通過(guò)CE、ISO9001、SGS認(rèn)證。公司的核心研究方向?yàn)楣狻C(jī)、電、算一體化的微納米檢測(cè)設(shè)備、先進(jìn)的醫(yī)療儀器。飛時(shí)曼作為國(guó)內(nèi)自主品牌、蘇州飛時(shí)曼精密儀器有限公司，其主要產(chǎn)品有：原子力顯微鏡系列（多模式原子力顯微鏡 FM-Nanoview1000AFM、一體式原子力顯微鏡 FM-Nanoview6800AFM、拉曼原子力顯微鏡一體機(jī) FM-NanoviewRa-AFM、光學(xué)原子力顯微鏡一體機(jī) FM-NanoviewOp-AFM、教學(xué)型原子力顯微鏡 FM-Nanoview T-AFM、教學(xué)型掃描隧道顯微鏡 FM-NanoviewT-STM、工業(yè)型原子力顯微鏡 FM-NanoviewLS-AFM、拉曼光譜儀RM5000、拉曼光譜儀RM8000、拉曼光譜儀RM9000）。公司自主研發(fā)的原子力顯微鏡基本都具備輕敲模式，且作為國(guó)內(nèi)自主研發(fā)生產(chǎn)的原子力顯微鏡廠家，只是選配與訂做。