AFS技術
聲學力譜（AFS），是一種用于高度并行操縱單分子的方法。AFS單分子聲力譜儀是**款商業(yè)化的獨立儀器，包括一個易于操作和測量的智能化專業(yè)顯
微鏡。AFS技術是采用功能強大而成本低廉的芯片裝置，能夠高精度施加力同時對數千個的生物分子進行檢測。
原理
AFS技術由玻璃微流控芯片和透明的壓電變換器構成來產生共振聲波。AFS芯片上的聲波（超聲波）可同時并行地在數千個生物分子（如DNA，RNA或蛋白質）施加亞皮牛頓（pn）到數百皮牛頓（pn）的力，同時具有亞毫秒的響應時間及固有穩(wěn)定性。
AFS作為一個理想的工具在核酸蛋白、**蛋白和抗原抗體層面上破譯分子間相互作用的詳情。AFS技術能夠使科學家研究蛋白質的結構與功能相互關系，新的生物機制和細胞力學，也可用于研究和識別自由能圖，動力學速率和在反應過程中的中間態(tài)。
AFS作為一個高度集成化的系統，包括倒置光學顯微鏡與軟件、工作站及相關電子器件，用戶界面友好，操控方便。
主要技術特點
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微流控芯片實驗室技術 (Lab-on-Chip)
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單分子操縱
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高度并行
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亞毫秒響應時間
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固有穩(wěn)定性
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**和友好的用戶界面
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高性價比
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AFS的多功能設計
AFS作為一個高度靈活的單分子檢測儀器，其顯微鏡平臺給用戶定制和個性化需求提供了多重選擇。
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通過在200毫米、150毫米、75毫米和50毫米不同鏡筒透鏡安裝距離來改變光學放大倍數
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可拆卸側板便于對光學路徑的簡單調整
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標準25毫米網格便于外部安裝射流功能的組件（如注射泵）
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特殊設計能夠快速簡單連接外部放大器
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專用芯片底座能夠使射流和電子連接**地接到AFS芯片、簡單快速地固定或重新固定
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滑動裝置用于準確定位和鎖定物鏡上的樣品
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配裝夾具以確保工作臺上流體組件的固定，以便實現多種流動形式，如重力或注射器驅動的流動
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AFS的應用
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動態(tài)力譜
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恒力測試
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力-距離曲線
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生物聚合物力學
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鍵斷裂
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微流變學
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細胞力學
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水凝膠力學性能
高精度力學及長度測量
AFS是對單個生物分子進行高精度力學測量的理想工具。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，我們將驅動電壓的（正負峰間）幅度從0 Vpp增加到2.1 Vpp，相應的聲學力從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-DNA的相互作用。
具有14位垂直分辨率的信號發(fā)生器產生的亞皮牛頓（pN）精度的恒聲學力具有數小時的穩(wěn)定性和亞毫秒的響應時間。
并行測量力學性能
AFS擁有強大獨特的功能，能夠以高度并行的方式實現單分子的測量。因為在很多情況下由熱擾動引起的復雜狀態(tài)及隨機的個別狀態(tài)需要在單個實驗中同時測量得到，而AFS并行測量功能恰好實現了此要求，這是非常關鍵的。在這個單分子的拉力實驗中，通過并行測量得到了20個DNA分子的力學參數。
力-拉伸長度曲線
20個獨立DNA分子的并行拉伸曲線。我們將張力從0.1 pN增加到48 pN來記錄力學-拉伸長度曲線。在一個可視區(qū)里同時并行地獲得曲線。單分子多數量力學測量功能，可以應用到不同的實驗如蛋白質和RNA伸展和核酸酶處理。
高數據量的鍵斷裂測量
統計分析和高數據量采集對于抗體-抗原相互作用的表征是至關重要的。由于AFS多數量分子測試的能力，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。
斷裂力柱狀圖
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性。AFS能夠應用加載速率跨越幾個數量級（10-4 PN / s到103 PN / s），使之成為高度并行測量動態(tài)力學譜的理想工具。
基于AFS技術的細胞操縱
AFS技術為科學家提供了來操縱任一物質的****能力，與懸浮的液體介質相比，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本身。
在此，我們用AFS模塊施加力于神經母細胞瘤細胞，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，熒光標記的細胞被迅速推離表面進入到聲學節(jié)點，并且呈現在成像平面。當聲力停止時，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。
測量RNA聚合酶活動機制
AFS其自身功能多樣化和力穩(wěn)定性的設計使其成為研究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雜性：其正常工作機制往往被不同性質的事件中斷。
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。一旦開始轉錄和復制，通過實時測量DNA的延伸，能夠**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聚合酶延伸動力學由于其運動機制常被出現的事件影響而體現出高度的隨機性，AFS作為一個有效的研究手段非常適合解決該問題。
AFS模塊
除了AFS單機顯微鏡平臺，Lumicks公司還提供了AFS模塊，和商用的倒置光學顯微鏡連用。這個組合擁有非常強大的可視功能，使用戶能夠在**的熒光超分辨顯微鏡下研究生物分子及細胞的機械操縱。
AFS規(guī)格參數
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顯微鏡，射流模塊和電子組件，集成在一個小箱體內（300mm×375mm×200mm）。
AFS專用顯微鏡
單色LED照明
CFI消色差物鏡（可升級）
電動Z軸物鏡臺（可升級）
USB 3.0 CMOS攝像頭（可升級）
手動XY樣品臺
信號發(fā)生器（可升級）
AFS芯片
AFS系統包含三種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
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加載速率范圍：10-4 PN / s到103 PN / s
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AFS芯片尺寸：45 mm x 15 mm x 1.275 mm
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*大加載力：大于200 pN（4.5μm的聚苯乙烯微球，采用電壓放大器）
**的AFS芯片設計
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軟件能夠實時以納米級分辨率并行測試數以千計的微球。
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在25赫茲實時并行三維跟蹤60-300個微球
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在25赫茲實時并行二維跟蹤300-1500個微球
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在25赫茲實時跟蹤（X,Y）位置精度為2納米
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在25赫茲實時跟蹤（Z）位置精度為5納米
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通過參照微球的差值跟蹤進行（Z）方向漂移較正
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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，應用與生物分子的*大加載力相應增加。
放大器可以很容易通過后面板連接到AFS。AFS計算機已經預裝所有相關的軟件和驅動程序以適用于電壓放大器。