AFS技術(shù)
聲學(xué)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(shù)是采用功能強(qiáng)大而成本低廉的芯片裝置，能夠高精度施加力同時對數(shù)千個的生物分子進(jìn)行檢測。
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、**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(jī)制和細(xì)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。
主要技術(shù)特點
AFS的多功能設(shè)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。
-
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(xué)放大倍數(shù)
-
可拆卸側(cè)板便于對光學(xué)路徑的簡單調(diào)整
-
標(biāo)準(zhǔn)25毫米網(wǎng)格便于外部安裝射流功能的組件（如注射泵）
-
特殊設(shè)計能夠快速簡單連接外部放大器
-
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
-
滑動裝置用于準(zhǔn)確定位和鎖定物鏡上的樣品
-
配裝夾具以確保工作臺上流體組件的固定，以便實現(xiàn)多種流動形式，如重力或注射器驅(qū)動的流動
-
AFS的應(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(xì)胞力學(xué)
-
水凝膠力學(xué)性能
高精度力學(xué)及長度測量
AFS是對單個生物分子進(jìn)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(jìn)行的。
用測量之前已生成的對照表來跟蹤微球的高度可達(dá)納米精度。
測量過程中，我們將驅(qū)動電壓的（正負(fù)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。
并行測量力學(xué)性能
AFS擁有強(qiáng)大獨特的功能，能夠以高度并行的方式實現(xiàn)單分子的測量。因為在很多情況下由熱擾動引起的復(fù)雜狀態(tài)及隨機(jī)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(xiàn)了此要求，這是非常關(guān)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(xué)參數(shù)。
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(xué)-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(shù)量力學(xué)測量功能，可以應(yīng)用到不同的實驗如蛋白質(zhì)和RNA伸展和核酸酶處理。
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。
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(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。
基于AFS技術(shù)的細(xì)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。
在此，我們用AFS模塊施加力于神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)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(xì)胞被迅速推離表面進(jìn)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(xì)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(xì)胞這一能力，針對細(xì)胞生物學(xué)研究，AFS有非常大潛力，例如細(xì)胞粘附，細(xì)胞運動和細(xì)胞分化等研究。
測量RNA聚合酶活動機(jī)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(jī)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(jī)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**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(jī)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(jī)制常被出現(xiàn)的事件影響而體現(xiàn)出高度的隨機(jī)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(jī)顯微鏡平臺，Lumicks公司還提供了AFS模塊，和商用的倒置光學(xué)顯微鏡連用。這個組合擁有非常強(qiáng)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(xì)胞的機(jī)械操縱。
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
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(tǒng)包含三種AFS芯片，每個AFS芯片都會提前校準(zhǔn)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
-
*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(shè)計
我們將不斷地改進(jìn)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(qiáng)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。
AFS放大器（可選）
AFS的功能可通過一個電壓放大器擴(kuò)展。電壓增加，應(yīng)用與生物分子的*大加載力相應(yīng)增加。
放大器可以很容易通過后面板連接到AFS。AFS計算機(jī)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。