原子力显微镜（AFM）在生物膜相互作用实验中的应用

生物体内的许多过程都与细胞膜的弹性性质和电结构有关，例如红细胞的变形性，细胞的内吞、外排，细胞的融合与分裂等。为了更深入地了解细胞膜在这些过程中所起的作用，实验方面都开展了大量的研究工作，H.J.B$tt实验组利用细胞膜的简化模型-磷脂双层膜（bilayerlipidmembrane）进行了原子力显微镜观测实验，得到了很多关于磷脂双层膜微力学方面的实验数据，但没有具体的理论分析，本文主要是从理论角度揭示一些实验现象的物理机制。

原子力显微镜（AFM）与生物膜相互作用的实验是在室温条件下，150mM的NaCl和5mM的KH2PO4的缓冲液（已用KOH滴定，pH值为7.4）中进行。实验采用三种不同的作用方式：
（1）只在衬底云母片上吸附磷脂双层膜，然后原子力显微镜探针逐渐向磷脂双层膜靠近，得到只发生一次跳跃的力谱（力与位移的关系）A，B，C；
（2）衬底云母片上和原子力显微镜尖端都吸附磷脂双层膜，在原子力显微镜向磷脂双层膜靠近的过程中得到发生两次跳跃的力谱D，E，F；
（3）只在原子力显微镜尖端吸附磷脂双层膜，也得到只有一次跳跃的力谱。并采用三种不同的磷脂分子（DOPC，DOPS，DOTAP）重复以上实验，A，D，G利用的是磷脂分子DOPC，B，E，H利用的是DOPS，C，F，I利用的是DOTAP。力谱中的跳跃是由原子力显微镜探针贯穿磷脂双层膜引起的。

同时发现在降低缓冲溶液中离子浓度时，原子力显微镜能在距云母片上的磷脂双层膜很远的位置感受到力的作用。图2是原子力显微镜和衬底云母片上都吸附磷脂双层膜，分别在150mM，5mM，1mM，0.01mM的缓冲液中得到的力谱。可以看到随着缓冲液浓度的降低，力谱不断向右延伸，150mM时，向右延伸长度几乎为 0，0.01 mM 时，向右延伸到很远（图 中只显示一部分）。

在磷脂双层膜表面的电双层结构中，原子力显微镜和磷脂双层膜相互作用力谱中的非线性部分是由静电力引起的。由于磷脂双层膜是细胞膜很好的简化模型，因此在原子力显微镜和云母片上都吸附磷脂双层膜的情况下，它们之间的相互作用能够反映细胞黏附和融合过程相关性质；同时该实验也提出了挑战，即进一步解释力谱曲线的物理内涵。

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