原子力顯微鏡特點(diǎn)及其在食品中的研究進(jìn)展

李芳菲，夏秀芳，孔保華

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江哈爾濱150030）

原子力顯微鏡特點(diǎn)及其在食品中的研究進(jìn)展

李芳菲，夏秀芳，孔保華*

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江哈爾濱150030）

原子力顯微鏡具有高的空間分辨率、操作過(guò)程簡(jiǎn)單快捷，是一種應(yīng)用廣泛的顯微分析儀器。原子力顯微鏡能夠在非大氣環(huán)境下進(jìn)行試驗(yàn)，可以廣泛應(yīng)用于物理、化學(xué)、生物材料、食品、電子學(xué)等領(lǐng)域。介紹原子力顯微鏡的工作原理、功能特點(diǎn)及作用模式，并綜述了其在食品科學(xué)研究領(lǐng)域中的研究進(jìn)展。

原子力顯微鏡；原理；功能特點(diǎn)；模式；研究進(jìn)展

隨著人們對(duì)微觀世界的不斷探索，很多普通光學(xué)顯微鏡無(wú)法觀察到的物質(zhì)內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)逐漸成為人們關(guān)注和研究的熱點(diǎn)，而普通分子技術(shù)的局限性也日益突出。20世紀(jì)80年代中期由Binning等在掃描隧道顯微鏡（Scanning Tunnel Microscope，STM）基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)一種更加精密的顯微工具，原子力顯微鏡（Atomic Force Microscope，AFM）［1-2］。原子力顯微鏡主要是通過(guò)原子級(jí)的探針對(duì)樣品表面進(jìn)行“掃描”，二者間的相互作用使裝配探針的微懸臂發(fā)生輕微形變，通過(guò)檢測(cè)微懸臂的形變程度，便可以得到樣品表面與探針之間的相互作用力大?。辉谔结樠貥悠繁砻孢M(jìn)行掃描時(shí)，保持尖端與表面原子力恒定所需施加于壓電材料兩端的電壓波形［3］，就能得到待測(cè)物質(zhì)表面總電子密度的形貌，從而彌補(bǔ)掃描隧道顯微鏡無(wú)法觀測(cè)非導(dǎo)電樣品的缺憾［4］。原子力顯微鏡使用方便、操作簡(jiǎn)單，已應(yīng)用在生物材料、化工工業(yè)、食品等多個(gè)不同領(lǐng)域。本文將從原子力顯微鏡的原理出發(fā)，簡(jiǎn)述其功能特點(diǎn)和模式，并綜述其在食品科學(xué)研究中不同產(chǎn)品和不同組分中的研究進(jìn)展。

1　原子力顯微鏡

1.1原子力顯微鏡及其成像原理

作為最新的顯微檢測(cè)儀器，AFM是對(duì)人類視覺(jué)感官功能的有力延伸和增強(qiáng)，與普通光學(xué)顯微鏡相比，AFM的成像效果更加全面和先進(jìn)。AFM的一端是固定的，另一端是裝有納米級(jí)尖銳微小針尖的彈性微懸臂，當(dāng)探針在樣品表面掃描時(shí)，探針針尖與樣品表面產(chǎn)生相互作用力，該作用力會(huì)使微懸臂產(chǎn)生形變［5］，由激光束發(fā)出的激光會(huì)直射到微懸臂的背面，微懸臂將激光發(fā)射到光電檢測(cè)器上，使之轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)，即使是小于0.01 nm形變也可以在光電檢測(cè)器上顯示出大約10 nm的位移，經(jīng)處理獲得樣品的表面特征信息（如圖1）［6］。近年來(lái)為了更加詳細(xì)深入的了解樣品納米級(jí)信息，由輕敲模式又發(fā)展出相位成像模式，這種成像方式是通過(guò)檢測(cè)驅(qū)動(dòng)微懸臂探針振動(dòng)的信號(hào)源的相位角與實(shí)際微懸臂探針振動(dòng)的相位角之差（即兩者的相移）的變化來(lái)成像，這種方式得到的樣品表面信息更加豐富準(zhǔn)確［7］。

圖1　原子力顯微鏡原理圖Fig.1The principle diagram of the atomic force microscope

1.2原子力顯微鏡的功能及特點(diǎn)

用肉眼看到的自然界中物質(zhì)大多數(shù)是平整光滑的，實(shí)際上物質(zhì)表面都存在我們無(wú)法直接觀察到的、及其微小的孔隙和顆粒狀結(jié)構(gòu)。AFM就是通過(guò)探針和樣品表面之間的作用力，使微懸臂產(chǎn)生形變，由此將二者之間的相互作用力以力-距離曲線的形式展示出來(lái)，再對(duì)曲線進(jìn)行分析，并且將分析后得到的樣品形貌特征通過(guò)圖像的方式清晰的展示出來(lái)。從樣品的宏觀上來(lái)說(shuō)，AFM可以檢測(cè)樣品表面的粗糙程度、孔隙結(jié)構(gòu)、顆粒度等，有助于我們了解物質(zhì)的表面物化屬性；除了對(duì)物體表面的觀察外，AFM還能夠得到該物質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)、分子聚集狀態(tài)等一系列的信息［1］，有助于我們了解物質(zhì)的理化性征；此外，我們還可以利用探針與分子的結(jié)合程度來(lái)了解分子的拉伸彈性、空間結(jié)構(gòu)等，有助于我們更好的了解分子屬性。

AFM是通過(guò)檢測(cè)樣品-探針間的相互作用力來(lái)完成高分辨率成像的。原子力顯微鏡特殊的作用方式具有以下4方面的優(yōu)勢(shì)：1）檢測(cè)樣品的材質(zhì)廣泛，導(dǎo)體、半導(dǎo)體、瓷器、金屬甚至是生物細(xì)胞等都可以作為檢測(cè)對(duì)象［1］；2）制樣簡(jiǎn)單不繁瑣，甚至無(wú)需處理，只需對(duì)樣品進(jìn)行簡(jiǎn)單固定即可，省去了切片、脫水、染色、制片等復(fù)雜程序，不僅對(duì)樣品破壞性小，而且節(jié)省檢測(cè)時(shí)間；3）適應(yīng)于各種工作環(huán)境，包括液體、空氣和真空甚至是生理?xiàng)l件下直接成像，而且還可以對(duì)活體細(xì)胞進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)觀察；不論是常溫還是低溫等條件，AFM都能夠正常工作，有助于使樣品保持最佳狀態(tài)；4）能提供生物分子和生物表面納米級(jí)分辨率的三維圖像，還有局部的電荷密度和物理特性等精密細(xì)節(jié)［8］，在這一點(diǎn)上它明顯優(yōu)于普通光學(xué)顯微鏡，這將有助于人類更細(xì)致的探究未來(lái)世界。

1.3原子力顯微鏡作用模式

AFM是一種具有原子級(jí)的高分辨率的顯微工具，它是通過(guò)控制并檢測(cè)樣品－針尖之間的相互作用力完成成像的［9］，當(dāng)探針與樣品之間的工作距離不同時(shí)，原子力顯微鏡的工作狀態(tài)也不同，由此可將原子力顯微鏡的作用方式分為3種：接觸模式、非接觸模式以及間歇接觸模式。

1.3.1接觸模式

接觸模式又稱為DC模式，主要通過(guò)探針與樣品表面始終接觸產(chǎn)生的作用力使懸臂發(fā)生形變［2］，其中包括恒力和恒高兩種模式。在三維空間體系中，保持微懸臂的偏轉(zhuǎn)程度不變，即探針和樣品之間的作用力恒定，當(dāng)沿x、y方向掃描時(shí)，記錄z方向上掃描器的情況從而得到樣品表面形貌特征，這種模式稱為恒力模式，該模式適用于物質(zhì)的表面分析；恒高模式指樣品和針尖的相對(duì)高度不變，通過(guò)微懸臂的偏轉(zhuǎn)程度來(lái)反映樣品表面形態(tài)，由于這種模式對(duì)樣品的高度比較敏感，能夠快速掃描樣品，因此適用于分子、原子的圖像觀察。接觸模式主要就是依靠探針和樣品之間的斥力得到相對(duì)穩(wěn)定、分辨率高的圖像，但是由于探針和樣品接觸頻繁，因此容易使探針變型，同時(shí)對(duì)樣品也會(huì)有不同程度的損傷［10］。

1.3.2非接觸模式

非接觸模式又稱為AC模式［2］，該模式下探針與樣品表面始終存在一定的距離，大約5 cm～20 cm，并且探針和樣品間是通過(guò)保持微懸臂共振頻率或振動(dòng)幅度控制的，因此AC模式對(duì)待測(cè)樣品破壞或移動(dòng)的可能性較小，適用于疏水性液體表面等，并且該模式靈敏度較接高，但弊端就是分辨率較低，工作效率低［10］。

1.3.3輕敲模式

一般而言，大多數(shù)生物樣品更適合第三種模式“輕敲模式”，是AFM中最常用的一種模式，該模式下探針處于振動(dòng)狀態(tài)，在垂直方向上敲擊樣品表面，從而獲得樣品表面的形貌特征，與樣品表面間斷接觸的過(guò)程中摩擦力和剪切力對(duì)樣品的影響相對(duì)較小，這樣既能保證高的分辨率，又能將接觸對(duì)探針和樣品的破壞降到最低，所以這種方法適合柔軟細(xì)致以及粘性較大的樣品［11-12］。一般輕敲模式要優(yōu)于非接觸模式，尤其是作用于樣品表面較大范圍的掃描成像，而且該模式還可以在液體環(huán)境下使用［13］。

2　原子力顯微鏡在食品科學(xué)中的研究進(jìn)展

2.1AFM在不同類型食品中的應(yīng)用

2.1.1肉及肉制品

隨著科技的發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，在維持溫飽的基礎(chǔ)上，人們對(duì)于食品的品質(zhì)也有更高的要求，尤其對(duì)肉品品質(zhì)的要求也越來(lái)越高。肉的嫩度是衡量肉品品質(zhì)極非常重要的指標(biāo)之一。因此，人們對(duì)肉的嫩度越來(lái)越重視，對(duì)肉的嫩度的研究也越來(lái)越深入。

肉的嫩度是指肉入口咀嚼時(shí)所感覺(jué)的印象，包括入口時(shí)是否易被咬開(kāi)、咀嚼難易程度以及在口中的殘留量，肉越嫩就越容易咀嚼，反之肉質(zhì)越老［14］。肌肉的嫩度與肌肉蛋白分子之間的相互作用力、結(jié)締組織的分布情況以及脂肪含量息息相關(guān)，通過(guò)調(diào)節(jié)pH、添加胰蛋白酶等方法都可以改變?nèi)獾哪鄱龋?5］，考察嫩度常用指標(biāo)是剪切力值和肌原纖維小片化指數(shù)，除了常規(guī)測(cè)定剪切力的方法，我們還可以用原子力顯微鏡進(jìn)行觀察。李林強(qiáng)等［16］分別將牛肉用濃度為100、150、200 mmol/L的CaCl2處理，于4℃真空包裝儲(chǔ)藏72 h，用AFM觀察肌原纖維小片，準(zhǔn)確的得出了肉嫩化程度的結(jié)果；周芳等［17］用AFM對(duì)肌原纖維進(jìn)行掃描，發(fā)現(xiàn)不同濃度Ca2+處理的牛肉嫩度一定會(huì)有改善，并且隨著Ca2+濃度的增加肌原纖維降解增多，說(shuō)明肉的嫩度越大。利用AFM對(duì)肉的嫩度的測(cè)定，不僅比普通測(cè)定方法更加方便，而且是對(duì)剪切力和肌原纖維小片化指數(shù)形態(tài)學(xué)上的完善，有助于我們進(jìn)一步研究有關(guān)于改善肉嫩度的方法。

2.1.2乳及乳制品

乳是一種復(fù)雜的膠體體系，膠體體系的穩(wěn)定性是食品質(zhì)量加工的重要性質(zhì)，利用AFM能夠更準(zhǔn)確的對(duì)體系表面作用力相關(guān)信息進(jìn)行研究。Kirby等［18］通過(guò)AFM對(duì)牛血清蛋白和酪蛋白在十二烷烴/水、空氣/水界面膜圖像結(jié)構(gòu)，AFM圖像能夠觀測(cè)到兩種體系中不同的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，結(jié)果顯示圓狀球體結(jié)構(gòu)是單個(gè)牛血清蛋白分子，界面膜的二維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)是由獨(dú)立的蛋白質(zhì)分子組成的。因此利用原子力顯微鏡能夠系統(tǒng)全面的了解乳膠體的表面信息以及膠體結(jié)構(gòu)等。王麗娜等［19］以水牛奶酪蛋白、乳牛奶酪蛋白和山羊奶酪蛋白為原料，利用激光粒度分析儀和原子力顯微鏡研究三者蛋白粒徑分布情況以及zeta電位及表面顆粒形態(tài)上的差異，結(jié)果發(fā)現(xiàn)三種蛋白均呈現(xiàn)球行或橢球形，其中水牛奶酪顆粒分布較均勻，而另外兩種乳源蛋白顆粒有明顯的聚集行為，并綜合本試驗(yàn)中的其他結(jié)果得出牛乳蛋白氨基酸穩(wěn)定性較羊乳蛋白穩(wěn)定性強(qiáng)，為后來(lái)研究乳品蛋白功能特性等提供理論基礎(chǔ)。

2.1.3糧食作物

Wang等［20］在研究氯乙酸和油酸對(duì)玉米蛋白自組裝結(jié)構(gòu)的影響以及類胡蘿卜素的含量對(duì)玉米蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響時(shí)，利用AFM對(duì)吸附于親水和疏水表面的玉米蛋白層表面形貌進(jìn)行觀察，結(jié)果顯示其親水性表面的粗糙程度比環(huán)形結(jié)構(gòu)大，而疏水表面的玉米蛋白膜沒(méi)有明顯的特征，由此得出類胡蘿卜素以及氯乙酸和油酸對(duì)玉米蛋白表面形貌的影響。張良等［21］在空氣中利用AFM的輕敲模式在新解離的云母片上獲取不同類型白酒的納米級(jí)成像，盡管針尖接觸白酒可能對(duì)成像造成一些影響，但是通過(guò)研究成像效果較好的圖像可以看出，不同類型的白酒所含顆粒的形狀有球形、錐形和扁平狀等不同形狀，而且由于生產(chǎn)工藝、氣候等因素的影響使顆粒的分布和大小也有區(qū)別，由此構(gòu)成不同香型白酒特殊的納米圖譜，實(shí)現(xiàn)了在納米水平上對(duì)白酒香型的研究。

2.2AFM在研究不同食品組分中的應(yīng)用

對(duì)食品組分的研究往往要從微觀角度探究其結(jié)構(gòu)特性，從而理解其宏觀狀態(tài)下的性質(zhì)。多糖、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)作為食品中的重要組分，不僅具有重要的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，對(duì)食品品質(zhì)的形成也具有不可或缺的作用。

2.2.1多糖類

多糖物質(zhì)是許多食用膠等作為食品加工中的增稠劑和穩(wěn)定劑，對(duì)食品的組織結(jié)構(gòu)和特性有著非常重要的作用。多糖含有多條支鏈，分子的均一性和線性比DNA和蛋白質(zhì)差一些，因此在空氣中成像的分辨率較低，而利用原子力顯微鏡能夠很好的解決這個(gè)問(wèn)題。

卡拉膠具有連續(xù)的連結(jié)結(jié)構(gòu)，通過(guò)分子雙螺旋結(jié)構(gòu)以及離子作用使分子末端與中間相連接，在干燥的空氣中容易形成薄膜結(jié)構(gòu)，Morris等［22］利用AFM觀察卡拉膠發(fā)現(xiàn)其呈現(xiàn)纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在Gunning等［23］的研究中同樣得到證實(shí)；Kirby等［24-25］利用AFM的輕巧模式觀察沉積在云母片中的黃原膠結(jié)構(gòu)時(shí)，從圖像中可以看出其分子間相互纏繞，每個(gè)網(wǎng)點(diǎn)寬為1.6cm，高約為3.3 cm，與掃描方向垂直的方向上有10 nm厚的分子帶，比文獻(xiàn)中記載的黃原膠的螺旋尺寸略大；此外，Gunning等［26］利用AFM檢測(cè)新幾內(nèi)亞微小卡拉膠時(shí)，得到了卡拉膠中的水溶性及非水溶性部分的結(jié)構(gòu)，尤其是不溶性部分的網(wǎng)狀纖維素的結(jié)構(gòu)。

許多食品的宏觀形態(tài)類似而微觀結(jié)構(gòu)卻相差甚遠(yuǎn)，盡管如此它們之間也存在著緊密的聯(lián)系，用原子力顯微鏡能夠觀測(cè)得到比掃描電鏡上更加精密的數(shù)據(jù)，比如比較明顯的凹凸不平、食物殘留物等細(xì)節(jié)［27］。王博等［28］在研究酶對(duì)淀粉顆粒的作用，AFM能觀察微孔的形成過(guò)程，在這一點(diǎn)上比掃描電子顯微鏡更加全面和詳細(xì)；而Leslaw和Juszczak等［29-30］采用AFM接觸模式深入研究了淀粉表面的形貌，結(jié)果顯示玉米淀粉和木薯粉顆粒表面比較平滑。利用原子力顯微鏡高分辨率成像的優(yōu)勢(shì)不僅能夠更加細(xì)致的了解多糖物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，也能分析不同組成對(duì)物質(zhì)宏觀性質(zhì)的影響。

2.2.2蛋白質(zhì)

蛋白質(zhì)是食品中典型的營(yíng)養(yǎng)成分，也是人們生存必不可少的物質(zhì)，而有利用原子力顯微鏡檢測(cè)蛋白質(zhì)也已經(jīng)成為一種常用手段［31］。在食品加工過(guò)程中，蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)可能隨著加工過(guò)程發(fā)生變化，原子力顯微鏡為蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究提供了新的思路。郭云昌等［32］研究玉米醇溶蛋白的納米層次時(shí)，在AFM檢測(cè)下發(fā)現(xiàn)乙醇溶液中的醇溶蛋白是以球狀顆粒結(jié)構(gòu)存在的，而云母表面的醇溶蛋白則是均勻的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，具有較好的成膜特性，由此得出網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)是醇溶蛋白成膜的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

在食品加工過(guò)程中除了蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)特征外，蛋白質(zhì)凝聚和凝膠也非常重要，蛋白質(zhì)凝膠的形成，是變性的蛋白質(zhì)分子的聚集現(xiàn)象，而在聚集的過(guò)程中，如果分子間的吸引力和排斥力不平衡時(shí)，會(huì)形成相應(yīng)的凝結(jié)物或者凝膠體［33］，因此只有處于一種平衡的狀態(tài)，才能形成高度有序的保水結(jié)構(gòu)即為凝膠。蘆鑫等［34］利用AFM的輕敲模式觀察加熱后的β-乳球蛋白，結(jié)果發(fā)現(xiàn)低pH和低離子強(qiáng)度條件有助于β-乳球蛋白纖維體的形成；Iwasaki等［35］觀察發(fā)現(xiàn)70℃時(shí)原本串珠結(jié)構(gòu)的肌漿球蛋絲變成了繩子結(jié)構(gòu)，少量蛋白絲的結(jié)構(gòu)沒(méi)有顯著變化；Yang等［36］利用AFM觀察鯰魚(yú)凝膠結(jié)構(gòu)時(shí)發(fā)現(xiàn)球狀凝聚體和環(huán)形空洞的形成與離子滲透過(guò)膠原質(zhì)時(shí)的方式有關(guān)。應(yīng)用AFM還可以測(cè)定蛋白質(zhì)或者其他聚合物的凝膠體系，Cecilia Elofsson等［26］將原子力顯微鏡與光學(xué)顯微鏡、流體力學(xué)相結(jié)合，觀察不同的溶液濃度、離子強(qiáng)度下冷凝膠乳清蛋白溶液中的微粒，發(fā)現(xiàn)不同處理?xiàng)l件下凝膠溶液的組織結(jié)構(gòu)不同；Shinya Ikeda等［37］結(jié)合拉曼光譜和流體力學(xué)的實(shí)驗(yàn)，對(duì)不同離子強(qiáng)度、pH條件下熱誘導(dǎo)乳清蛋白凝膠前體溶液，發(fā)現(xiàn)該溶液是由橢圓形顆粒組成的，并且隨著離子強(qiáng)度的增加，乳清蛋白由半透明凝膠轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌该髂z。因此通過(guò)原子力顯微鏡和其他技術(shù)的聯(lián)合使用對(duì)蛋白質(zhì)凝膠過(guò)程中溶液的觀察，得到高分辨率的組織結(jié)構(gòu)成像以及不同條件下凝膠溶液中的微粒形態(tài)等，從而更深入的分析蛋白質(zhì)聚集體形成過(guò)程和作用，這對(duì)建立有利于食品品質(zhì)與口感的凝膠形成體系具有十分重要的意義。

2.2.3脂質(zhì)

脂質(zhì)是食品中重要的大分子物質(zhì)、能量的最佳儲(chǔ)存方式以及細(xì)胞膜的骨架結(jié)構(gòu)。脂質(zhì)體的理化性質(zhì)一直是科學(xué)家們關(guān)注的熱點(diǎn)之一，脂質(zhì)體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性非常重要，趙琰等［38］利用原子力顯微鏡測(cè)定大豆卵磷脂中的脂質(zhì)體的剛性和粘性并建立數(shù)學(xué)模型，結(jié)果顯示其粘連性和剛性可以定量的評(píng)價(jià)脂質(zhì)體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；趙新軍等［39］利用AFM研究能力蔗糖溶液中二棕櫚酰磷脂酰膽堿磷脂雙分子層的結(jié)構(gòu)，并分析其結(jié)構(gòu)特性和楊氏模量；Patino等［40］利用AFM研究了二棕櫚酰磷脂酰膽堿和二油酰磷脂酰膽堿在水-空氣界面處的結(jié)構(gòu)特性，結(jié)果顯示磷脂分子層在納米級(jí)水平上的不均一性，由此使AFM在檢測(cè)納米級(jí)脂質(zhì)的表面信息上更加細(xì)致；Shibata-Seki等［41］利用AFM測(cè)得觀測(cè)發(fā)現(xiàn)脂質(zhì)體在溶液環(huán)境是直徑約200 nm～300 nm的氣球狀，而光散射顯微鏡測(cè)得其平均直徑約為180 nm，二者大體上吻合；Dufrêne等［42］通過(guò)AFM觀察支撐脂質(zhì)膜的分子結(jié)構(gòu)、在空氣中單層或多層膜的結(jié)構(gòu)以及在水環(huán)境中的脂質(zhì)雙層膜的結(jié)構(gòu)等，并討論分離相單分子膜的形狀和分子結(jié)構(gòu)以及成膜的組織特性。利用原子力顯微鏡檢測(cè)不同水平上脂質(zhì)體的微觀結(jié)構(gòu)及表面特性，為我們進(jìn)一步了解脂質(zhì)的屬性提供重要依據(jù)。

3　展望

原子力顯微鏡憑借它高分辨率、測(cè)樣材料廣泛、制樣簡(jiǎn)單等特點(diǎn)在現(xiàn)代科技領(lǐng)域中越來(lái)越受到人們的重視，同時(shí)AFM技術(shù)也是一種“年輕”的技術(shù)，尚存在一些局限性，首先，接觸模式和輕敲模式下探針和樣品的接觸都會(huì)造成針尖的污染和變型，會(huì)影響其分辨率，如果用液體對(duì)針尖進(jìn)行清理，針尖和液體之間的相互作用又會(huì)帶來(lái)新的問(wèn)題；第二，盡管樣品不用特殊固定，但是一般需要加入緩沖液，存在鹽離子結(jié)晶的情況，另外AFM很難對(duì)樣品進(jìn)行宏觀定位，而且針尖的曲率半徑和樣品的柔韌性也會(huì)影響儀器的分辨率，導(dǎo)致結(jié)果的誤差。

隨著對(duì)AFM越來(lái)越深入的研究，很多科學(xué)家就其局限性進(jìn)行一定程度上的改進(jìn)，大體上分為以下方面：1）碳納米管針尖衍化：碳納米管是一種納米級(jí)、分子結(jié)構(gòu)完整的新型碳材料，具有較高的彈性和機(jī)械柔軟性，并且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，能夠很大程度上提高原子力顯微鏡的分辨率；2）探針的制備與功能化；3）實(shí)現(xiàn)納米操縱：AFM針尖作為“納米鑷”，通過(guò)在分子的特定部位上加載力大小的改變實(shí)現(xiàn)納米操縱；4）多功能懸臂：這類懸臂有熱電偶、納米管、近場(chǎng)光學(xué)探針等；5）單分子力譜是在AFM研究的基礎(chǔ)上逐漸發(fā)展起來(lái)的單個(gè)分子力學(xué)性質(zhì)測(cè)定方法，代表著AFM應(yīng)用的重要方向［43］。為了更好的在各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮作用，這種精密的分析測(cè)試儀器自身也在不斷改進(jìn)的過(guò)程中，我們也將不斷的加深對(duì)原子力顯微鏡的研究，將其與不同領(lǐng)域相結(jié)合，不僅能夠拓展應(yīng)用范圍，也可以開(kāi)辟新的技術(shù)。我們將繼續(xù)研究原子力顯微鏡與其他技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用，不斷完善這項(xiàng)技術(shù)，讓它更好的發(fā)揮功能。

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The Research Progress of Characteristics of Atomic Force Microscopy and Its Advance in Food Science

LI Fang-fei，XIA Xiu-fang，KONG Bao-hua*
（College of Food Science，Northeast Agricultural University，Harbin 150030，Heilongjiang，China）

Atomic force microscopy（AFM）is a micro analysis apparatus with the characteristics of high spatial resolution，simple operation，and widely application.AFM can be used in non atmospheric environment，so it is widely used in physics，chemistry，biological materials，food，electronics and other fields.The working principle，functional characteristics and function mode of AFM were introduced，and its advance in food science research was summarized.

atomic force microscopy（AFM）；principle；functional characteristics；pattern；advance

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.20.052

黑龍江省應(yīng)用技術(shù)研究與開(kāi)發(fā)重點(diǎn)計(jì)劃（GA15B302）；國(guó)家自然科學(xué)基金（31471599）

李芳菲（1993—），女（漢），碩士在讀，研究方向：畜產(chǎn)品加工。

孔保華（1963—），女，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向：畜產(chǎn)品加工。

2016-04-11