Applications des microscopes biologiques dans la recherche biologique
Binnig a inventé le microscope à sonde à balayage, qui a remporté le prix Nobel de physique. Ce microscope atteint un grossissement bien plus élevé que les microscopes optiques conventionnels. Le grossissement des microscopes optiques ne dépasse généralement pas 1 000 fois, tandis que celui des microscopes électroniques varie de 100 à 100 000 fois, permettant l'observation directe des substances et de leurs structures à l'échelle atomique, devenue l'un des outils majeurs pour explorer le micro-monde.
L’un des mérites de la microscopie à force atomique (AFM) réside dans la préparation des échantillons. Contrairement à la microscopie électronique à transmission, les échantillons ne nécessitent aucun prétraitement compliqué. L'AFM peut observer des spécimens biologiques vivants dans des conditions physiologiques et capturer les changements dynamiques des cellules vivantes ; de plus, l'AFM peut obtenir des images tridimensionnelles. En principe, la microscopie à force atomique (AFM) peut résoudre la morphologie de surface et les propriétés physiques des spécimens à l'échelle nanométrique, et réaliser l'imagerie et l'analyse de biomolécules individuelles. De plus, le signal obtenu par l'AFM peut également servir de spectre de force.
L'AFM permet également le traitement et la modification d'atomes ou de molécules à la surface de l'échantillon, tels que le déplacement d'atomes, la découpe d'échantillons et la perforation des membranes cellulaires. En résumé, la haute résolution, la capacité d’observer des spécimens vivants et le traitement des échantillons sont les trois avantages majeurs de la microscopie à force atomique (AFM).
L'AFM utilise généralement des micro-cantilever à pointe pointue. Une faible force existe entre la pointe et la surface de l'échantillon. La force d'interaction entre la pointe et l'échantillon peut être décrite par le potentiel de Lennard-Jones : \\(F(r)=-\\frac{C}{r^D}+\\frac{\\sigma}{r^Z}\\); où C et \\(\\sigma\\) sont des constantes, r représente la distance entre la pointe et l'échantillon. Lorsque la pointe est proche de la surface de l’échantillon, la force intermoléculaire passe de la force attractive à la force répulsive. La force agissant sur la pointe reflète la morphologie de la surface et d'autres informations caractéristiques de l'échantillon.
Par exemple, \\(F(Z)=2KB(3-Z)\\), où Z est la position verticale de la pointe de la sonde. La microscopie à force atomique en champ clair (BFAM) utilise un faisceau de lumière laser réfléchie par la surface de l'échantillon, puis projetée sur une photodiode divisée. Les variations dans la structure de la surface de l'échantillon provoquent des changements dans l'intensité lumineuse, de sorte que les informations sur la topographie de la surface de l'échantillon peuvent être obtenues. L'image morphologique du spécimen au niveau atomique est enregistrée par microscopie à force atomique.
