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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)力譜儀作為即時可用的單分子檢測儀器，實現(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）可同時并行地在數(shù)千個生物分子（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，同時具有亞毫秒的響應(yīng)時間及固有穩(wěn)定性。

AFS作為一個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，新的生物機制和細胞力學(xué)，也可用于研究和識別自由能圖，動力學(xué)速率和在反應(yīng)過程中的中間態(tài)。

AFS作為一個高度集成化的系統(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：

* 微流控芯片實驗室技術(shù)（Lab-on-Chip）

* 單分子操縱

* 高度并行

* 亞毫秒響應(yīng)時間

* 固有穩(wěn)定性

* 安全和友好的用戶界面

* 高性價比

產(chǎn)品應(yīng)用：動態(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)、細胞力學(xué)、水凝膠力學(xué)性能

我們的用戶：

* 俄羅斯圣彼得堡大學(xué)

* 新加坡國立大學(xué)

* CSIC馬德里

* 那不勒斯菲里德里克第二大學(xué)

* 中國科學(xué)院物理研究所

* 九州大學(xué)

* 科羅拉多州立大學(xué)

* 德國慕尼黑大學(xué)

* 巴斯德研究所

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

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)母細胞瘤細胞，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)記的細胞被迅速推離表面進入到聲學(xué)節(jié)點，并且呈現(xiàn)在成像平面。當(dāng)聲力停止時，細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胞這一能力，針對細胞生物學(xué)研究，AFS有非常大潛力，例如細胞粘附，細胞運動和細胞分化等研究。

高精度力學(xué)及長度測量

AFS是對單個生物分子進行高精度力學(xué)測量的理想工具。我們在此通過對單個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。

本實驗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DNA分子（長度8.4 kbps）上進行的。用測量之前已生成的對照表來跟蹤微球的

高度可達納米精度。測量過程中，我們將驅(qū)動電壓的（正負峰間）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軟件能實時確定在

各種力作用下的DNA長度，以此來探測生物活動，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)

小時的穩(wěn)定性和亞毫秒的響應(yīng)時間。

高數(shù)據(jù)量的鍵斷裂測量

統(tǒng)計分析和高數(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，大大減少了測量時間。

這個實驗展示了AFS能夠在單個測量實驗中獲取一個完整的251個單分子Dig:: anti-Dig鍵斷裂力分布。

251個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斷裂力柱狀圖。此柱狀圖在相同條件下的單個實驗中得到，保證實驗的可靠性和重現(xiàn)性。AFS能夠應(yīng)用加載速率跨越幾個數(shù)量級（10-4 PN / s到103 PN / s），使之成為高度并行測量動態(tài)力學(xué)譜的理想工具。

測量RNA聚合酶的活動機制

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

在這個實驗中，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，通過實時測量DNA的延伸，能夠精確檢測每個大腸桿菌聚合酶分子的活動，多個大腸桿菌RNA聚合酶的活動機制在該試驗中可以同時并行測量。如實驗所示，RNA聚合酶延伸動力學(xué)由于其運動機制常被出現(xiàn)的事件影響而體現(xiàn)出高度的隨機性，AFS作為一個有效的研究手段非常適合解決該問題。

AFS規(guī)格參數(shù)

AFS是一個真正的測量單分子的工具，包括一個專用的倒置光學(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Z軸物鏡臺（可升級）高性能兩相步進微平移臺，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 全視場實時并行測量高達60赫茲

手動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牙螺紋軸

信號發(fā)生器（可升級）

能承受共振聲波達10Vpp（電壓峰峰值，在50Ω阻抗下）可以實現(xiàn)10-5 赫茲到千赫茲甚至千赫茲以上頻率范圍的不同時間尺度的動態(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)和動態(tài)力測量

AFS芯片

AFS系統(tǒng)包含三種AFS芯片，每個AFS芯片都會提前校準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，我們將不斷地改進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軟件包和一個強大的工作站。AFS軟件能夠?qū)崟r以納米級分辨率并行測試數(shù)以千計的微球。

主要特點：

在25赫茲實時并行三維跟蹤60-300個微球

在25赫茲實時并行二維跟蹤300-1500個微球

在25赫茲實時跟蹤（X，Y）位置精度為2納米

在25赫茲實時跟蹤（Z）位置精度為5納米

通過參照微球的差值跟蹤進行（Z）方向漂移較正

自動對照表校準

AFS放大器（可選）

AFS的功能可通過一個電壓放大器擴展。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計算機已經(jīng)預(yù)裝所有相關(guān)的軟件和驅(qū)動程序以適用于電壓放大器。