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AFS，了解單分子層面復(fù)雜的生物過程是預(yù)防和治療癌癥及其他疾病的關(guān)鍵，聲學(xué)力譜儀作為即時(shí)可用的單分子檢測儀器，實(shí)現(xiàn)了活體測量技術(shù)的突破以及分子水平上相互作用的成像。

原理：

AFS技術(shù)由玻璃微流控芯片和透明的壓電變換器構(gòu)成來產(chǎn)生共振聲波。AFS芯片上的聲波（超聲波）可同時(shí)并行地在數(shù)千個(gè)生物分子（如DNA，RNA或蛋白質(zhì)）施加亞皮牛頓（pn）到數(shù)百皮牛頓（pn）的力，同時(shí)具有亞毫秒的響應(yīng)時(shí)間及固有穩(wěn)定性。

AFS作為一個(gè)理想的工具在核酸蛋白、藥物蛋白和抗原抗體層面上破譯分子間相互作用的詳情。AFS技術(shù)能夠使科學(xué)家研究蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能相互關(guān)系，新的生物機(jī)制和細(xì)胞力學(xué)，也可用于研究和識別自由能圖，動(dòng)力學(xué)速率和在反應(yīng)過程中的中間態(tài)。

AFS作為一個(gè)高度集成化的系統(tǒng)，包括倒置光學(xué)顯微鏡與軟件、工作站及相關(guān)電子器件，用戶界面友好，操控方便。

技術(shù)特點(diǎn)：

* 微流控芯片實(shí)驗(yàn)室技術(shù)（Lab-on-Chip）

* 單分子操縱

* 高度并行

* 亞毫秒響應(yīng)時(shí)間

* 固有穩(wěn)定性

* 安全和友好的用戶界面

* 高性價(jià)比

產(chǎn)品應(yīng)用：動(dòng)態(tài)力譜、恒力測試、力-距離曲線、生物聚合物力學(xué)、鍵斷裂、微流變學(xué)、細(xì)胞力學(xué)、水凝膠力學(xué)性能

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* 德國慕尼黑大學(xué)

* 巴斯德研究所

文獻(xiàn)：nature communications 2012， molecular cells 2013基于AFS技術(shù)的細(xì)胞操縱

AFS技術(shù)為科學(xué)家提供了來操縱任一物質(zhì)的****能力，與懸浮的液體介質(zhì)相比，密度不同。通過這個(gè)方法，力不僅可以作用于合成微球，也能作用于

活體物質(zhì)本身。

我們用AFS模塊施加力于神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞，并在商售的徠卡共焦顯微鏡（徠卡TCS SP8）下觀察。成像平面與聲學(xué)節(jié)點(diǎn)放置位置一致，大概在AFS芯片底

部表面以上40微米左右。一旦啟用聲場，熒光標(biāo)記的細(xì)胞被迅速推離表面進(jìn)入到聲學(xué)節(jié)點(diǎn)，并且呈現(xiàn)在成像平面。當(dāng)聲力停止時(shí)，細(xì)胞由于重力原因下降，逐

漸從熒光圖像中消失。

通過直接作用力于細(xì)胞這一能力，針對細(xì)胞生物學(xué)研究，AFS有非常大潛力，例如細(xì)胞粘附，細(xì)胞運(yùn)動(dòng)和細(xì)胞分化等研究。

高精度力學(xué)及長度測量

AFS是對單個(gè)生物分子進(jìn)行高精度力學(xué)測量的理想工具。我們在此通過對單個(gè)DNA分子不同張力程度及使用AFS的跟蹤軟件測量其長度來證明AFS的高測量

精度。

本實(shí)驗(yàn)是在被拴在鏈霉親和素包裹的聚苯乙烯微球（直徑4.5μm）上的單個(gè)DNA分子（長度8.4 kbps）上進(jìn)行的。用測量之前已生成的對照表來跟蹤微球的

高度可達(dá)納米精度。測量過程中，我們將驅(qū)動(dòng)電壓的（正負(fù)峰間）幅度從0 Vpp增加到2.1 Vpp，相應(yīng)的聲學(xué)力從0 pN增加到15.8 pN。AFS軟件能實(shí)時(shí)確定在

各種力作用下的DNA長度，以此來探測生物活動(dòng)，如蛋白質(zhì)-DNA的相互作用。具有14位垂直分辨率的信號發(fā)生器產(chǎn)生的亞皮牛頓（pN）精度的恒聲學(xué)力具有數(shù)

小時(shí)的穩(wěn)定性和亞毫秒的響應(yīng)時(shí)間。

高數(shù)據(jù)量的鍵斷裂測量

統(tǒng)計(jì)分析和高數(shù)據(jù)量采集對于抗體-抗原相互作用的表征是至關(guān)重要的。由于AFS多數(shù)量分子測試的能力，大量的鍵可以并行測試，大大減少了測量時(shí)間。

這個(gè)實(shí)驗(yàn)展示了AFS能夠在單個(gè)測量實(shí)驗(yàn)中獲取一個(gè)完整的251個(gè)單分子Dig:: anti-Dig鍵斷裂力分布。

251個(gè)Dig::anti-Dig鍵，拉伸載荷率為2.3 pN/s，每Dig::anti-Dig鍵的斷裂力記錄下來并繪制成一個(gè)斷裂力柱狀圖。此柱狀圖在相同條件下的單個(gè)實(shí)驗(yàn)中得到，保證實(shí)驗(yàn)的可靠性和重現(xiàn)性。AFS能夠應(yīng)用加載速率跨越幾個(gè)數(shù)量級（10-4 PN / s到103 PN / s），使之成為高度并行測量動(dòng)態(tài)力學(xué)譜的理想工具。

測量RNA聚合酶的活動(dòng)機(jī)制

AFS其自身功能多樣化和力穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)使其成為研究DNA分子的活動(dòng)規(guī)律和機(jī)制的理想工具，涵蓋亞秒到小時(shí)的時(shí)間量程。RNA聚合酶的活動(dòng)通常具有復(fù)雜性：其正常工作機(jī)制往往被不同性質(zhì)的事件中斷。

在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，DNA分子和被處理過的大腸桿菌聚合酶復(fù)合被固定在AFS芯片表面。聚苯乙烯微球表面粘附能夠使DNA分子延伸的大腸桿菌RNA聚合酶。一旦開始轉(zhuǎn)錄和復(fù)制，通過實(shí)時(shí)測量DNA的延伸，能夠精確檢測每個(gè)大腸桿菌聚合酶分子的活動(dòng)，多個(gè)大腸桿菌RNA聚合酶的活動(dòng)機(jī)制在該試驗(yàn)中可以同時(shí)并行測量。如實(shí)驗(yàn)所示，RNA聚合酶延伸動(dòng)力學(xué)由于其運(yùn)動(dòng)機(jī)制常被出現(xiàn)的事件影響而體現(xiàn)出高度的隨機(jī)性，AFS作為一個(gè)有效的研究手段非常適合解決該問題。

AFS規(guī)格參數(shù)

AFS是一個(gè)真正的測量單分子的工具，包括一個(gè)專用的倒置光學(xué)顯微鏡，射流模塊和電子組件，集成在一個(gè)小箱體內(nèi) （300mm×375mm×200mm）。

AFS專用顯微鏡

單色LED照明 波長660 nm

CFI消色差物鏡（可升級）尼康40x、NA 0.65，WD 0.65mm 校正色差，球面像差，模糊和圖像的平坦性

電動(dòng)Z軸物鏡臺（可升級）高性能兩相步進(jìn)微平移臺，行程范圍5 mm，步長50 nm，亞納米級的穩(wěn)定性

USB 3.0 CMOS攝像頭（可升級）1280×1024像素（像素大小5.3 μm），1.31兆像素 全視場實(shí)時(shí)并行測量高達(dá)60赫茲

手動(dòng)XY樣品臺

微米精度20毫米行程范圍， 雙燕尾導(dǎo)軌，使用戶能測量樣品內(nèi)不同的位置，配帶有刻度按鈕的細(xì)牙螺紋軸

信號發(fā)生器（可升級）

能承受共振聲波達(dá)10Vpp（電壓峰峰值，在50Ω阻抗下）可以實(shí)現(xiàn)10-5 赫茲到千赫茲甚至千赫茲以上頻率范圍的不同時(shí)間尺度的動(dòng)態(tài)力學(xué)譜和力的掃描

超越的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性，在14位垂直分辨率下的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)力測量

AFS芯片

AFS系統(tǒng)包含三種AFS芯片，每個(gè)AFS芯片都會(huì)提前校準(zhǔn)并且給出芯片的共振頻率

加載速率范圍：10^-4 PN / s到10³ PN / s

AFS芯片尺寸：45 mm x 15 mm x 1.275 mm

**加載力：大于200 pN（4.5μm的聚苯乙烯微球，采用電壓放大器）

全新的AFS芯片設(shè)計(jì)，我們將不斷地改進(jìn)AFS芯片。與AFS用戶密切合作，提高芯片的性能、功能和可用性。

AFS工作站及軟件（可升級）

AFS包括labview軟件包和一個(gè)強(qiáng)大的工作站。AFS軟件能夠?qū)崟r(shí)以納米級分辨率并行測試數(shù)以千計(jì)的微球。

主要特點(diǎn)：

在25赫茲實(shí)時(shí)并行三維跟蹤60-300個(gè)微球

在25赫茲實(shí)時(shí)并行二維跟蹤300-1500個(gè)微球

在25赫茲實(shí)時(shí)跟蹤（X，Y）位置精度為2納米

在25赫茲實(shí)時(shí)跟蹤（Z）位置精度為5納米

通過參照微球的差值跟蹤進(jìn)行（Z）方向漂移較正

自動(dòng)對照表校準(zhǔn)

AFS放大器（可選）

AFS的功能可通過一個(gè)電壓放大器擴(kuò)展。電壓增加，應(yīng)用與生物分子的**加載力相應(yīng)增加。

放大器可以很容易通過后面板連接到AFS。AFS計(jì)算機(jī)已經(jīng)預(yù)裝所有相關(guān)的軟件和驅(qū)動(dòng)程序以適用于電壓放大器。