Primjena bioloških mikroskopa u biološkim istraživanjima
Binnig je izumio skenirajući sondni mikroskop, koji je osvojio Nobelovu nagradu za fiziku. Ovaj mikroskop postiže daleko veće povećanje od konvencionalnih optičkih mikroskopa. Povećanje optičkih mikroskopa uglavnom ne prelazi 1000 puta, dok se kod elektronskih mikroskopa kreće od 100 do 100 000 puta, što omogućuje izravno promatranje tvari i njihovih struktura na razini atoma, što je postalo jedan od glavnih alata za istraživanje mikrosvijeta.
Jedna od prednosti mikroskopije atomske sile (AFM) leži u pripremi uzorka. Za razliku od transmisijske elektronske mikroskopije, uzorci ne zahtijevaju kompliciranu prethodnu obradu. AFM može promatrati žive biološke uzorke u fiziološkim uvjetima i može uhvatiti dinamičke promjene živih stanica; nadalje, AFM može dobiti trodimenzionalne slike. U načelu, mikroskopija atomske sile (AFM) može razlučiti površinsku morfologiju i fizikalna svojstva uzoraka na nanometarskoj skali, te izvršiti snimanje i analizu pojedinačnih biomolekula. Osim toga, signal dobiven AFM-om također može poslužiti kao njegov spektar sila.
AFM također omogućuje obradu i modifikaciju atoma ili molekula na površini uzorka, poput pomicanja atoma, rezanja uzoraka i bušenja staničnih membrana. Ukratko, visoka razlučivost, sposobnost promatranja živih uzoraka i obrada uzoraka tri su glavne prednosti mikroskopije atomske sile (AFM).
AFM obično koristi mikrokonzole s oštrim vrhom. Između vrha i površine uzorka postoji slaba sila. Sila interakcije između vrha i uzorka može se opisati Lennard-Jonesovim potencijalom: \\(F(r)=-\\frac{C}{r^D}+\\frac{\\sigma}{r^Z}\\); gdje su C i \\(\\sigma\\) konstante, r predstavlja udaljenost između vrha i uzorka. Kada je vrh blizu površine uzorka, međumolekulska sila prelazi iz privlačne u odbojnu. Sila koja djeluje na vrh odražava morfologiju površine i druge karakteristične podatke uzorka.
Na primjer, \\(F(Z)=2KB(3-Z)\\), gdje je Z okomiti položaj vrha sonde. Mikroskopija atomske sile u svijetlom polju (BFAM) koristi snop laserskog svjetla koji se reflektira od površine uzorka i zatim projicira na podijeljenu fotodiodu. Varijacije u površinskoj strukturi uzorka uzrokuju promjene u intenzitetu svjetlosti, tako da se mogu dobiti informacije o topografiji površine uzorka. Morfološka slika uzorka na atomskoj razini snima se mikroskopijom atomske sile.
