基于AFM形态学观察的细胞铺展机理的假想

本研究提出了细胞铺展机理的三个可能模型：“橡皮泥”模型、“钢筋混泥土”模型和“自我膨胀”模型。应用原子力显微镜观察了处于不同铺展程度、具有不同形态的人骨髓间充质干细胞的整体和局部外部形貌，并根据观察结果，初步推断“钢筋混泥土”模型可能就是细胞铺展的机理。尽管证据还不够充分，需要进一步的研究，却为今后的研究提供了可能的模型和研究手段。细胞铺展机理的解决必将进一步促进细胞生物学和生物医学工程等学科的发展。     

溴化乙啶致染色体畸变作用的AFM分析

目的： 研究杂环类有机化合物溴化乙啶(EB)的生物致突性，为研究由EB及其它杂环类有机化合物诱导的生物体的癌变机制提供新的视角和数据。方法: 利用原子力显微镜(AFM)的高空间分辨率从可视化的角度在3个层次即DNA、染色体及胚胎干细胞(ESCs)分析了EB对它们形态结构的影响。结果: 经EB作用前后DNA的平均高度降低了0.5 nm，染色体臂由着丝点处断裂，细胞膜表面的分子聚集形成团状及环状结构，与大剂量EB作用后的细胞团已死亡并崩塌成网状形态。结论: EB具有强烈的生物毒性，能明显破坏DNA及染色体的表面结构，且能破坏ESCs的形态结构并导致其死亡。EB可同时从基因水平和细胞水平对细胞或生物体产生损伤及形态结构畸变。     

原子力显微镜观测人血小板与Ⅰ型胶原膜相互作用过程中的形态学变化

目的:利用原子力显微镜从可视化的角度观察人血小板与Ⅰ型胶原膜相互作用后受激活化过程中的形态学变化。方法:实验于2006-06/08在暨南大学生物纳米技术实验室完成。①人血小板的提取:新鲜血液由健康无服药志愿者提供。抗凝剂(38g/L枸橼酸钠)与血液以1∶9的比例800r/min离心5min,将上层血浆以3000r/min离心10min,弃上清,加入生理盐水以3000r/min离心洗涤3次留沉淀。37℃下静置30min。所有操作均在室温下进行,pH为7.4。②Ⅰ型胶原膜的制备:把新鲜剥离的带负电的云母浸入NiCl2溶液中,使其表面带正电荷,通过静电作用将Ⅰ型胶原组装其上,室温下干燥。③血小板形态的观测:将新分离的血小板均匀铺展在膜材上与之作用,作用后用25g/L戊二醛固定10min,再用超纯水漂洗,室温下干燥后原子力显微镜观测。结果:①Ⅰ型胶原膜的表面形貌观察结果:胶原膜呈网孔状,胶原纤维清晰可辨;未受激血小板表面形貌观察结果:为了排除血小板在分离等前处理过程中受到激活的可能,对直接用戊二醛固定的血小板进行成像发现:约95%的血小板未被激活,血小板呈分散分布。对单个血小板的扫描成像发现血小板呈扁平圆盘状,表面比较平滑,血小板之间较分散,无聚集及伪足等活化标志。②Ⅰ型胶原膜上血小板形貌观测结果:与I型胶原作用后立刻用原子力显微镜观测,发现血小板聚集现象并不显著,仅在小范围内出现了交联聚集的现象。通过扫描样品上不同位置的血小板聚集体,发现血小板表面有许多呈平行排列的纤维束,它们把血小板整齐的连接起来,且血小板间层层相叠;这些嵌入在纤维蛋白原网内的血小板,大多保持了圆盘状的结构,但表面都分布着颗粒状或纤维条状物质;与Ⅰ型胶原作用1h后用原子力显微镜观测,发现单个血小板大多处于活化过程中的树突型,伸出了伪足,并有着彼此间相互聚集的趋势,通过对血小板超微结构的观察发现其中心分布着大小不一的团簇状物质。在每个血小板周围,都有许多分泌物,这些分泌物有着不断向血小板外部扩散的趋势,而且扩散的方向多指向另一血小板。结论:①通过原子力显微镜对Ⅰ型胶原诱导活化的血小板形态结构的变化研究发现,其内部α颗粒释放时带出的纤维蛋白原同样也可导致血小板的聚集。②通过对血小板受激活化的体外模拟,可为血小板的凝血过程与及机制的研究以及(抗)凝血生物材料的开发提供参考。     

用近场光学研究细胞的超微结构及单分子探测

400年前，荷兰科学家Van Loeuvenhook发明了光学显微镜，使人们第一次观察到微米大小的物体，发现了生物体是由细胞构成的，发现了那些引起成千上万的人死亡的瘟疫是由病菌引起的，如霍乱、鼠疫等。借助于显微镜，人们知道了防治这些可怕疾病的方法。     

自体血液回收对患者红细胞膜表面超微结构的影响

目的采用原子力显微镜(AFM)观察自体血液回收对患者红细胞膜表面超微结构的影响。方法择期骨科手术患者10例,术中应用自体血液回收机,切皮前采集外周静脉血2ml,自体血液回收后采集回收血2ml,肝素抗凝。采用AFM观察红细胞膜表面超微结构。结果回收血异型红细胞比例[(20.0±2.2)%]高于静脉血[(2.0±0.8)%](P<0.05)。静脉血和回收血红细胞AFM形貌、红细胞膜表面蛋白颗粒分布均存在差异。回收血红细胞膜表面平均粗糙度、均方根粗糙度高于静脉血(P<0.05)。结论自体血液回收可改变患者红细胞AFM形貌及膜表面超微结构。     

原子力显微镜对牙体硬组织的纳米结构分析

目的:运用原子力显微镜观察牙冠部的牙釉质、牙本质和釉牙本质界纳米水平结构,分析其结构与功能的关系。方法:实验于2006-10/12在暨南大学纳米技术实验室完成。实验材料:选取暨南大学附属第一医院口腔外科拔除的健康第三恒磨牙30颗,患者知情同意并自愿捐献。受试牙为健康的、需拔除的第三恒磨牙,牙体完整无损坏,拔除后置于含有麝香草酚的水中冻存。实验方法:沿髓腔的上方横切牙齿,切的方向与平面平行,使牙齿一分为二,保留上半部分,抛弃髓腔及牙根部分。用SiC砂纸抛光,然后用1.00,0.30,0.05μm的氧化铝浆水抛光,超声水中振荡清洗,样品在乙醇液中超声浴5min,然后再次在乙醇中漂洗。实验评估:在成像前,所有样品在超纯水中漂洗,室温下干燥后用原子力显微镜观测,每一样品取5个不同位置成像,观察牙釉质、牙本质、釉牙本质界的表面形貌。结果:①牙釉质的表面形貌:在纳米尺度下,组成牙釉质的羟基磷灰石晶体是由大小较均匀一致的颗粒组成,颗粒的大小为(767.05±76.71)nm,颗粒之间排列得非常致密、有序,具有一定的方向性,形成长条索状结构,即釉柱。釉质表面的平均粗糙度是(16.88±0.18)nm。②牙本质的表面形貌:在纳米尺度下,组成牙本质的羟基磷灰石晶体是呈球形的颗粒,大小较均匀,颗粒较大,为(1120.24±162.34)nm,颗粒排列紧密。可见到牙本质小管的开口,其边缘为管周牙本质,其余部分为管间牙本质,牙本质小管的直径是(1471.13±182.03)nm,牙本质表面平均粗糙度是(20.14±0.16)nm。③釉牙本质界的表面形貌:成束状排列的釉柱,与釉牙本质界垂直,组成釉牙本质界的牙釉质和牙本质的羟基磷灰石晶体相互渗透、彼此重叠,它们之间的连接并非完全致密,而是有一定地腔隙,呈扇贝状的波浪外形,凹面朝向牙釉质,凸面朝向牙本质,牙釉质和牙本质相互交替有规律镶嵌。结论:纳米尺度下,牙釉质的羟基磷灰石晶体排列致密、有序,平均粗糙度小,是其硬度大、脆性高,表面光滑的结构基础;牙本质的羟基磷灰石晶体排列较疏松,有机基质含量多,这样的结构赋予其一定的韧性;釉牙本质界在阻止釉质裂扩散的过程中起到关键的阻挡作用,这种优异的生物学结构和机械特性为研究与牙体硬组织生物学特性相似的充填材料的结构提供一种纳米量级的可视化平台。     

人骨髓间质干细胞骨架超微结构与功能研究

目的：探讨原子力显微镜（AFM）在研究干细胞表面形貌、超微结构及细胞骨架等方面的应用，讨论MSCs 超微结构与功能的关系。方法：利用AFM 对培养了1 d及5 d的人骨髓间质干细胞（MSCs）的骨架和超微结构进行研究。结果：在AFM 下观察到了用电镜或其它显微方法所难以观察到的MSCs 许多独特的形态结构，如细胞膜骨架、伪足、细胞边缘的微丝及细胞间纤维等。结论：通过利用AFM 对MSCs观察表明，MSCs 的形态特征独特，细胞骨架明显，这种形态结构特征与其功能如多向分化潜能是相适应的，为MSCs 进一步分化为其它组织细胞作了结构上的准备。MSCs 在修复组织损伤中的应用前景十分广阔。AFM 是研究MSCs 骨架与超微结构的有力工具。     

万古霉素与血卟啉单甲醚对金葡菌作用的AFM观察

目的 探讨万古霉素(VM)和血卟啉单甲醚(HMME)对金葡菌形态结构的影响及其抗菌作用机制.方法 分别用不同浓度的VM和HMME作用于金葡菌,平板菌落计数细菌失活率,并用原子力显微镜(AFM)观察抗菌药作用前后细菌形态结构的变化.结果 随着VM浓度的增加,金葡菌失活率增加,细胞高度和表面粗糙度(Ra)增加.当浓度增至20 μg/ml,失活率达90%以上,高度和Ra下降,表面出现贯穿整个菌体的裂纹.而金葡萄与HMME孵育光照,随着HMME浓度增大,细菌失活率增大,HMME增至50 μg/ml时,失活率达到99%以上,AFM成像显示细胞壁完全破裂.结论 两种抗菌药对金葡菌的杀伤位点都是破坏细菌的表面结构.AFM为药物对细菌的敏感性及作用机制的探究提供了形貌上的依据.