声镊谱仪

 AFS，了解单分子层面复杂的生物过程是预防和治疗癌症及其他疾病的关键，声学力谱仪作为即时可用的单分子检测仪器，实现了活体测量技术的突破以及分子水平上相互作用的成像。

    原理：
   
   AFS技术由玻璃微流控芯片和透明的压电变换器构成来产生共振声波。AFS芯片上的声波（超声波）可同时并行地在数千个生物分子（如DNA，RNA或蛋白质）施加亚皮牛顿（pn）到数百皮牛顿（pn）的力，同时具有亚毫秒的响应时间及固有稳定性。

    AFS作为一个理想的工具在核酸蛋白、药物蛋白和抗原抗体层面上破译分子间相互作用的详情。AFS技术能够使科学家研究蛋白质的结构与功能相互关系，新的生物机制和细胞力学，也可用于研究和识别自由能图，动力学速率和在反应过程中的中间态。

    AFS作为一个高度集成化的系统，包括倒置光学显微镜与软件、工作站及相关电子器件，用户界面友好，操控方便。

    技术特点： 

* 微流控芯片实验室技术（Lab-on-Chip）

* 单分子操纵

* 高度并行

* 亚毫秒响应时间

* 固有稳定性

* 安全和友好的用户界面

* 高性价比

   产品应用：
  动态力谱、恒力测试、力-距离曲线、生物聚合物力学、键断裂、微流变学、细胞力学、水凝胶力学性能

     我们的用户：
  

 * 俄罗斯圣彼得堡大学

 * 新加坡国立大学

 * CSIC马德里

 * 那不勒斯菲里德里克第二大学

 * 中国科学院物理研究所

  * 九州大学
  * 科罗拉多州立大学
  * 德国慕尼黑大学
  * 巴斯德研究所

文献：nature communications 2012, molecular cells 2013

基于AFS技术的细胞操纵

      AFS技术为科学家提供了来操纵任一物质的独一无二能力，与悬浮的液体介质相比，密度不同。通过这个方法，力不仅可以作用于合成微球，也能作用于

活体物质本身。

      我们用AFS模块施加力于神经母细胞瘤细胞，并在商售的徕卡共焦显微镜（徕卡TCS SP8）下观察。成像平面与声学节点放置位置一致，大概在AFS芯片底

部表面以上40微米左右。一旦启用声场，荧光标记的细胞被迅速推离表面进入到声学节点，并且呈现在成像平面。当声力停止时，细胞由于重力原因下降，逐

渐从荧光图像中消失。

      通过直接作用力于细胞这一能力，针对细胞生物学研究，AFS有非常大潜力，例如细胞粘附，细胞运动和细胞分化等研究。




   高精度力学及长度测量

      
    AFS是对单个生物分子进行高精度力学测量的理想工具。我们在此通过对单个DNA分子不同张力程度及使用AFS的跟踪软件测量其长度来证明AFS的高测量

精度。

     本实验是在被拴在链霉亲和素包裹的聚苯乙烯微球（直径4.5μm）上的单个DNA分子（长度8.4 kbps）上进行的。用测量之前已生成的对照表来跟踪微球的

高度可达纳米精度。测量过程中，我们将驱动电压的（正负峰间）幅度从0 Vpp增加到2.1 Vpp，相应的声学力从0 pN增加到15.8 pN。AFS软件能实时确定在

各种力作用下的DNA长度，以此来探测生物活动，如蛋白质-DNA的相互作用。具有14位垂直分辨率的信号发生器产生的亚皮牛顿（pN）精度的恒声学力具有数

小时的稳定性和亚毫秒的响应时间。

   高数据量的键断裂测量    

     统计分析和高数据量采集对于抗体-抗原相互作用的表征是至关重要的。由于AFS多数量分子测试的能力，大量的键可以并行测试，大大减少了测量时间。

      这个实验展示了AFS能够在单个测量实验中获取一个完整的251个单分子Dig:: anti-Dig键断裂力分布。



251个Dig::anti-Dig键，拉伸载荷率为2.3 pN/s，每Dig::anti-Dig键的断裂力记录下来并绘制成一个断裂力柱状图。此柱状图在相同条件下的单个实验中得到，保证实验的可靠性和重现性。AFS能够应用加载速率跨越几个数量级（10-4 PN / s到103 PN / s），使之成为高度并行测量动态力学谱的理想工具。


      测量RNA聚合酶的活动机制    
    

    AFS其自身功能多样化和力稳定性的设计使其成为研究DNA分子的活动规律和机制的理想工具，涵盖亚秒到小时的时间量程。RNA聚合酶的活动通常具有复杂性：其正常工作机制往往被不同性质的事件中断。

      
     在这个实验中，DNA分子和被处理过的大肠杆菌聚合酶复合被固定在AFS芯片表面。聚苯乙烯微球表面粘附能够使DNA分子延伸的大肠杆菌RNA聚合酶。一旦开始转录和复制，通过实时测量DNA的延伸，能够精确检测每个大肠杆菌聚合酶分子的活动，多个大肠杆菌RNA聚合酶的活动机制在该试验中可以同时并行测量。如实验所示，RNA聚合酶延伸动力学由于其运动机制常被出现的事件影响而体现出高度的随机性，AFS作为一个有效的研究手段非常适合解决该问题。 

  AFS规格参数

    AFS是一个真正的测量单分子的工具，包括一个专用的倒置光学显微镜，射流模块和电子组件，集成在一个小箱体内  （300mm×375mm×200mm）。

   AFS专用显微镜

    
     单色LED照明   波长660 nm

   CFI消色差物镜（可升级）  尼康40x、NA 0.65，WD 0.65mm 校正色差，球面像差，模糊和图像的平坦性

   电动Z轴物镜台（可升级） 高性能两相步进微平移台，行程范围5 mm，步长50 nm，亚纳米级的稳定性

   USB 3.0 CMOS摄像头（可升级） 1280×1024像素（像素大小5.3 μm），1.31兆像素 全视场实时并行测量高达60赫兹

   手动XY样品台

微米精度20毫米行程范围, 双燕尾导轨，使用户能测量样品内不同的位置,配带有刻度按钮的细牙螺纹轴

   信号发生器（可升级）

    能承受共振声波达10Vpp（电压峰峰值，在50Ω阻抗下）可以实现10-5 赫兹到千赫兹甚至千赫兹以上频率范围的不同时间尺度的动态力学谱和力的扫描

    超越的稳定性和重现性,在14位垂直分辨率下的静态和动态力测量

   AFS芯片

    
    AFS系统包含三种AFS芯片，每个AFS芯片都会提前校准并且给出芯片的共振频率

  加载速率范围：10^-4 PN / s到10³ PN / s

  AFS芯片尺寸：45 mm x 15 mm x 1.275 mm

  最大加载力：大于200 pN（4.5μm的聚苯乙烯微球，采用电压放大器）

   全新的AFS芯片设计,我们将不断地改进AFS芯片。与AFS用户密切合作，提高芯片的性能、功能和可用性。

   AFS工作站及软件（可升级）

    AFS包括labview软件包和一个强大的工作站。AFS软件能够实时以纳米级分辨率并行测试数以千计的微球。

    主要特点：

    在25赫兹实时并行三维跟踪60-300个微球

    在25赫兹实时并行二维跟踪300-1500个微球

    在25赫兹实时跟踪（X,Y）位置精度为2纳米

    在25赫兹实时跟踪（Z）位置精度为5纳米

    通过参照微球的差值跟踪进行（Z）方向漂移较正

    自动对照表校准

   AFS放大器（可选）

   AFS的功能可通过一个电压放大器扩展。电压增加，应用与生物分子的最大加载力相应增加。

   放大器可以很容易通过后面板连接到AFS。AFS计算机已经预装所有相关的软件和驱动程序以适用于电压放大器。