原子力显微镜(AFM)及其在生物学中的应用
单分子与纳米生物医学实验室
王冲
学号：10203828
1982年，G. Binning等人发明了扫描隧道显微镜（Scanning Tunneling Microscope, STM），并因此获得了1986年的诺贝尔物理奖，但是，由于STM工作时监测的是针尖和样品之间隧道电流的变化，因此它只能直接观察导体和半导体的表面结构，这使STM在应用上就有很大的局限性。为此，Binning等人1986年在STM的基础上发明了原子力显微镜(Atomic Force Microscope, AFM)，AFM不仅具有很高的分辨率（横向分辨率达到1nm，纵向分辨率达到
0.01nm），而且对工作环境、样品性质等方面的要求也非常低，因此，AFM的出现为人们更多的观察微观世界提供了一个有效的手段和方法。
1. AFM的工作原理
在AFM上有一个安装在对微弱力极敏感的微悬臂(Cantilever)上的极细探针(Probe)，当针尖非常接近样品表面时,就在针尖—样品之间产生极微弱的作用力(吸引或排斥力)，引起微悬臂偏转。根据物理学原理，施加到微悬臂末端力的表达式为
F = KΔZ
式中, ΔZ表示针尖相对于试样间的距离，K为微悬臂的弹性系数。力的变化均可以通过微悬臂被检测。根据力的检测方法，AFM可以分成两类：一类是检测探针的位移；另一类是检测探针的角度变化[1]。由于后者在Z方向上的位移是通过驱动探针来自动跟踪样品表面形状，因此受到样品的重量及形状大小的限制比前者小。
图1 追踪针尖运动的原理
在扫描时控制这种针尖—样品之间的作用力恒定，带针尖的微悬臂将对应于原子间作用力的等位面，在垂直于样品表面方向上起伏运动，通过光电测系统(通常利用光学、电容或隧道电流方法) 对微悬臂的偏转进行扫描（图1），测得微悬臂对应于扫描各点的位置变化，将信号放大与转换从而得到样品表面原子级的三维立体形貌图像。
2. AFM的工作模式
目前AFM有三种工作模式，接触模式(Contact Mode)、轻敲模式(Tapping Mode)和非接触模式(Non-contact Mode)。
2.1 接触模式(Contact Mode)
接触模式包括恒力模式(constant-force mode) 和恒高模式(constant-height mode)。在恒力模式中，通过反馈线圈调节微悬臂的偏转程度不变，从而保证样品与针尖之间的作用力恒定，当沿x、y 方向扫描时，记录Z方向上扫描器的移动情况来得到样品的表面轮廓形貌图像。这种模式由于可以通过改变样品的上下高度来调节针尖与样品表面之间的距离，这样样品的高度值较准确，适用于物质的表面分析。在恒高模式中，保持样品与针尖的相对高度不变，直接测量出微悬臂的偏转情况，即扫描器在Z方向上的移动情况来获得图像。这种模式对样品高度的变化较为敏感，可实现样品的快速扫描，适用于分子、原子的图像的观察[3]。
接触模式的特点是探针与样品表面紧密接触并在表面上滑动。针尖与样品之间的相互作用力是两者相接触原子间的排斥力，约为10 - 8～10- 11N。接触模式的优点是扫描速度快，分辨率高，是AFM技术中唯一可得到原子级分辨率的图像的模式，并且对于一些表面上垂直变化较大的样品，比较容易扫描。 但由于针尖在样品表面上滑动及样品表面与针尖的粘附力，可能使得针尖受到损害，样品产生变形，故对不易变形的低弹性样品存在缺点，并且其应切力会使图像产生扭曲[2]。
2.2 轻敲模式(Tapping Mode)
在轻敲模式中，通过调制压电陶瓷驱动器使带针尖的微悬臂以某一高频的共振频率和0.01～1nm 的振幅在Z方向上共振，而微悬臂的共振频率可通过氟化橡胶减振器来改变。当针尖没有接触到表面时，微悬臂以一定的大振幅振动，当针尖接近表面直至轻轻接触表面时，其振幅将减小；而当针尖反向远离表面时，振幅又恢复到原先的大小。同时反馈系统通过调整样品与针尖间距来控制微悬臂振幅与相位，使得作用在样品上的力保持恒定，记录样品的上下移动情况即在Z方向上扫描器的移动情况来获得图像[3]。
轻敲模式的优点是对大多数样品有比较高的侧向分标率(1-5nm)，并且由于微悬臂的高频振动，使得针尖与样品之间频繁接触的时间相当短，针尖与样品可以接触，也可以不接触，且有足够的振幅来克服样品与针尖之间的粘附力。因此对样品的损害很小，适用于柔软、易脆和粘附性较强的样品，且不对它们产生破坏。这种模式在高分子聚合物的结构研究和生物大分子的结构研究中应用广泛。其缺点是扫描速度比接触模式要慢[2]。
2.3 非接触模式(Non-contact Mode)
非接触模式是探针针尖始终不与样品表面接触，在样品表面上方5～20 nm 距离内扫描。针尖与样品之间的距离是通过保持微悬臂共振频率或振幅恒定来控制的。在这种模式中，样品与针尖之间的相互作用力是吸引力——范德华力。非接触模式AFM 的工作原理就是，以略大于微悬臂自由共振频率的频率驱动微悬臂，当针尖接近样品表面时，微悬臂的振幅显著减小。振幅的变化量对应于作用在微悬臂上的力梯度，因此对应于针尖-样品间距，反馈系统通过调整针尖- 样品间距使得微悬臂的振动幅度在扫描过程中保持不变，就可以得到样品的表面形貌像[3]。
非接触模式的优点是针尖不与样品接触，所以对样品完全没有损伤，且由于吸引力小于排斥力，针尖-样品作用力比接触式的小几个数量级，故灵敏度比接触模式高。但是非接触模式中针尖-样品距离较大，分辨率比接触模式低。非接触模式不适用于在液体中成像。并且扫描速度比接触模式和轻敲模式都要慢[2]。
3. AFM的核心部件——探针
探针是AFM的核心部件, 它直接决定AFM的分辨率。目前AFM的探针多为硅的氧化物或氮
化物, 而轻敲模式中的针尖一般为晶体硅[2]
。
氮硅化合物的探针由悬臂和在悬臂末端的尖锐的针尖组成，悬臂的性质和尺度对决定AFM 的灵敏度和分辨率其重要的作用。在接触模式中，这种悬臂要很柔软，以便能检测到非常小的力，并且要有足够高的共振频率来避免震动的不稳定性所带来的影响。因此，这类的探针的悬臂都比较短（共振频率高），而且薄（力常数小）。氮硅化合物探针中一般有四个不同几何学的悬臂，具有不同的弹性系数。
晶体硅的探针同样由悬臂和针尖组成，并且是通过蚀刻技术来完成的。晶体硅的探针只有一个悬臂和一个针尖，这种探针要比氮硅化合物的探针僵硬很多，因此有更大的力常数和共振频率。
两种探针的各种指标（表1）和形状如下（图2）。
表1 标准的氮硅化合物探针和晶体硅探针的性质 性质
氮硅化合物探针 晶体硅探针 弹性系数（k）
0.58，0.32，0.12，0.06 N/m
20-100N/m 共振频率
200-400kHz 曲率半径
20-60nm 5-10nm 悬臂长度
100 and 200um 125um 悬臂性状
V 字形 单臂型 侧面角度
四个面都是35o
图2 两种类型的探针：氮硅化合物（左）和晶体硅（右） 鉴于探针是决定AFM灵敏度的核心，为了能够更准确地反映出样品表面与针尖之间微弱的相 AFM 的应用及展望
、超高真空、气体、溶液、电化学环境、常温和低温等环境下工作，可供的功能。
互作用力的变化，得到更真实的样品表面形貌，提高AFM 的灵敏度，探针的设计经常在不断更新。但是由于探针的尖端不是无限尖而是有一定的宽度，因此在横向测量一个分子时，会出现所谓的“加宽效应”，即测量值大于真实值，为克服这种“加宽效应”，就要研制更细的探针。碳纳米管这种新型材料，因其独特的性质，如亚纳米级的尖端曲率半径, 较高的纵横比, 针尖的锥角为0°,成像时针尖分子结构不发生改变等等，目前被越来越多的作为
AFM探针的研究对象，并已经开始在应用中得以实践[4]，大大提高了原子力显微镜的性能。
随着对碳纳米管探针的进一步深入而广泛的研究, 它必将给生物学领域研究带来更大的突破。
4.由于AFM 可以在真空研究时选择适当的环境，其基底可以是云母、硅、高取向热解石墨、玻璃和金等，这些使得AFM 已经在各个研究领域得以广泛的应用。其中微观物质的表面形貌成像是AFM 最主要
由于AFM 的高分辨率，并且可以在生理条件下进行操作和观察，AFM 在生物学中的应用越来越得到重视。
平上的应用
4.1.1 完整细胞的观察
胞以及细胞膜进行观察。最先用AFM进行成像的细胞是干燥于盖玻片表面的固定的红细胞。在AFM成像中，扫描区域可变动于10um和1 nm 之间，甚至更对于研究细胞来讲，AFM区别于其他工具最显著的优势是其可以在生理条件下进行
细胞成像。如Lal等[5]在生理盐水中对红细胞成像的辨别力为30nm。对胞浆面的成像(用
力切伤细胞和结肠癌细胞共培养时的细胞毒实验。传统的细胞
毒实两
4.1 在细胞水应用AFM可以对完整的细小。因而它能够对整个细胞或单个分子成像，如离子通道和受体。（图3）
图3 AFM的血细胞高度图
开和固定，干燥和重新水化的红细胞)可见细胞边界和一些与基底膜有关的内部结构，但缺乏细胞骨架成分。他们还获得了培养的成人活的心房肌细胞的成像。在20nm
的分辨水平，他们能够观察到细胞骨架成分，包括肌原纤维的肌节和横桥。Girasole
[6]观察了在药物、低离子浓度等条件下红细胞与正常红细胞的差别。Mathur [7]用AFM 研究
了内皮细胞、骨骼肌细胞和心肌细胞的粘性和弹性模量。Melling等[8]用AFM首次观察了
三叉神经节的解剖结构。Lesniewska 和Giocondi [9]等人对犬的肾细胞进行活体观察，
他们将细胞培养在盖玻片上，然后将附着有细胞的玻片浸在PBS中进行AFM观察。还有很多实验利用AFM观察一些细胞器及其他微生物的超微结构，如Robichon等人利用AFM观察
细菌的结构，细菌被固定在多聚赖氨酸膜上，进而进行AFM观察。另外，Nagao [11]首次将
碳纳米管探针用于细胞的研究。以疟原虫感染红细胞，用AFM记录到了红细胞、红细胞外游离的疟原虫和红细胞被疟原虫感染的图象。碳纳米管探针比普通探针记录到的图象细节更丰富，分辨率更高。
AFM在细胞研究中的另一大优势就是其可以记录细胞的一些生理和病理过程。
Braet [12]用AFM观察了肝自然杀验方法在效应细胞和靶细胞接触后1.5-3小时方可检测到细胞毒效应，而用AFM在种细胞接触后10分钟；即可检测到。Ohnesorge [13]等人进行了痘病毒感染活细胞的动态
观察，感染过程中细胞骨架和细胞膜的变化被记录下来，并发现病毒通过细胞膜需要大
约9分钟，感染过程中细胞有胞吐现象，还发现病毒聚集在细胞原生质处。Shroff [14]等
曾用AFM观察心房肌细胞收缩的“实时”过程。当溶液中Ca 2+浓度增加时，可观察到细胞
的迅速收缩和胞浆纤维的缩短。根据这些观察，可十分容易地作出收缩波的传播图和观
察心肌细胞收缩与Ca 2+的关系。
4.1.2
细胞膜和膜蛋白的观察
AFM还为科学家在生理条件下研究细胞膜和膜蛋白的结构提供了有力的手段。
Lang 提供了脂质膜厚度的直接证据, 这在以前已用间接的方法测定或只是一种理论推测。AFM的高度辨别力是亚纳米水平的。LB膜的分子水电镜所不具有的优越之处：即AFM是在近生理条件下成像。AFM成像并仅仅限于天然AFM 由于其纳米级的分辨率，可以清楚的观察大分子，如DNA，蛋白质，多糖的物水平(2～3 nm)的双链DNA 的成像也已能够在空气和液体中进行， 其螺旋国内外学者已经获得了多种条如单链、双链、三链DNA。
Cherny [15]观察了不同浓度盐离子对DNA形态的影响。Guthold [16]观察了DNA-RNA聚合酶复
合物成功的观察了肌动蛋白、血纤维蛋白原、胶元蛋白、免疫球蛋白等蛋白质分子。如对肌动蛋白的观察，muir-Blodgett(LB)膜的AFM成像平成像表现出单个头部极性基团及分子排列，包括它们的广范围装配。研究这些膜的好处在于人们可随时改变脂质的组成，研究脂-脂相互作用，流动性，及脂-蛋白间的相互作用。
用LB膜进行研究的结论表明，AFM对生物标本成像在一般情况下与电镜成像一致， 但却具有生物膜， 而且可用于合成膜。利用这一点，人们可以合成特定物质所组成的生物膜，使蛋白质能够按一定的秩序镶嵌其内。这种技术对于对那些在通常情况下不形成阵列的蛋白质的成像具有一定的意义。
4.2 在分子水平上的应用
质的形貌结构。
从Lindsay 等人首次用AFM 获得DNA 分子的图像以来，AFM 便成为研究DNA 分子的重要工具。分子辨别沟及轮匝可以辨认；DNA 分子的宽度和高度似乎依赖于操作环境(空气或溶液) ，尖端特性及所用底物。单链DNA 无论在何种辨别水平都较难成像。似乎还没有发现适宜的制备方法或底物。
图4 DNA 的AFM 成像
件下的DNA和RNA图象，在水溶液中的装配过程，Jiao [17]等观察了肿瘤抑制蛋白P53与DNA上特定序列的结
合。随着碳纳米管探针的出现，AFM还可用于DNA序列分析等领域。
对于蛋白质的观察，AFM可用于观察蛋白质的分子结构及其参与的生理活动等。如抗体结构，纤维蛋白聚合，胶原装配，抗原抗体识别等。目前AFM比较早期用AFM获得的图像中可看到5nm高隆起的肌动蛋白分子结构，随探针技术的不断改进观测到了肌动蛋白分子的螺旋构造，现今用轻敲模式不仅观测到70nm长的D带区，区内的亚结构也能观察。通过AFM对肌动蛋白聚合、解聚、破裂、弹性系数变化等过程的观
察，进一步证实肌动蛋白的网络结构对于活细胞的稳定性起决定作用[18]。此外，AFM还
可以对具有自组装性质的多肽进行成纤维结构的观察，并可以清晰的辨认出纤维组装的
直径，周期等性质[19]。
此外，AFM还被应用于测定作用力和通过改变作用力而进行的微小结构加工等方面。 通过改变探针的物理和化学性质，在不同的环境下来测量它与样品表面的作用力，从而可以获得样品的电性、磁性和粘弹性等方面的信息。AFM的这一功能对于研究粒子之间的相互作探针进行生物修饰，可以测量单个配体-受体对之间的结合力。若将单个生环境的要求，在被越来越广泛的应用于各个研究领域，随着探针技术的不断改善和更新，AFM将以更高的技术迎接科学的更高的挑战。
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用是非常有用的。处于微悬臂前端的探针在样品原子(分子)的作用下将使微悬臂产生形变。受吸引力的吸引时，针尖端将向样品弯曲，而受排斥力作用时，向远离样品的方向弯曲。这种形变一般采用光学装置来测量。例如向探针背部的悬臂平面发射一束激光，激光束反射到位敏光电检测器(PSPD)上。若悬臂发生形变，激光束将发生偏移，PSPD 将检测到这种位移的大小，这种检测装置可测定微悬臂小于0.1nm的变化。作用力与探针和样品之间的距离有关，通过移动指针与样品之间的距离，可以测出作用力随距离的变化，从而可以获得力-距离的关系曲线。
在生命科学领域，可用于AFM来探测DNA复制、蛋白质合成、药物反应等反应过程中的分子间力的作用，若对物分子的分子链尾端连接到AFM针尖上，AFM则可根据探针上的特定分子与样品底物之间的结合来测定其力的大小。如Schindler利用这一技术测量到人血清蛋白HSA与它的抗体AbHSA间的平均结合力为470pN。
AFM以其高分辨率和低的样品、
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XE-100 High Accuracy Small Sample SPM PSIA
XE-100 Superior Imaging Solution Anodized Aluminum Surface (0.5×0.5 μm )(Sample Courtesy of Prof. J.K. Lee, Seoul National University.) Steel Surface (10×10 μm )STI Patterns on Photomask (5×5 μm ) Self Assembled Monolayers (10×10 μm ) MFM Image of Hard Disk (30×30 μm ) >>>>>Semiconductors Data Storage & Magnetic Materials Biotechnology & Life Sciences Plastics & Polymers Materials & Surface Characterizations Wide Range of Applications NC-AFM Image of porous Polymer (6×6 μm ) XE system produces higher quality images faster . Z scanner of the XE system has a resonance frequency significantly higher than those of conventional piezoelectric tube scanners. The result is greater feedback performance and faster and more accurate data acquisition. Also, since z scanner is physically separated from x-y scanner , there is no coupling between the x-y plane and the z scanner.
原子力显微镜的原理及使用 通过近代物理实验课的学习，了解了许多仪器的工作原理以及使用方法，对今后的科研学习有很大的 帮助。其中原子力显微镜就是其中之一，对于做材料方面的专业来说，原子力显微镜在表征物质的表面结 构及性质起着重要的作用。前段时间我们利用AFM对用RF磁控溅射制备的PZT薄膜进行了表征，通过对AFM的使用并查找相关文献，使我对原子力显微镜有了更加深刻的认识。 原子力显微镜，英文：Atomic Force Microscope ，简写： AFM。是一种利用原子,分子间的相互作用力来观察物体表面微观 形貌的新型实验技术.它有一根纳米级的探针,被固定在可灵敏操 控的微米级弹性悬臂上.当探针很靠近样品时,其顶端的原子与样 品表面原子间的作用力会使悬臂弯曲,偏离原来的位置.根据扫描 样品时探针的偏离量或振动频率重建三维图像.就能间接获得样品 表面的形貌或原子成分。 它主要由带针尖的微悬臂、微悬臂运动检测装置、监控其运 动的反馈回路、使样品进行扫描的压电陶瓷扫描器件、计算机控 制的图像采集、显示及处理系统组成。微悬臂运动可用如隧道电 流检测等电学方法或光束偏转法、干涉法等光学方法检测，当针 尖与样品充分接近相互之间存在短程相互斥力时，检测该斥力可获得表面原子级分辨图像，一般情况下分 辨率也在纳米级水平。AFM测量对样品无特殊要求，可测量固体表面、吸附体系等。 一、仪器结构： 在原子力显微镜（Atomic Force Microscopy，AFM）的系统中，可分成三个部分：力检测部分、位置 检测部分、反馈系统。 1、力检测部分 在原子力显微镜（AFM）的系统中，所要检测的力是原子与原子之间的范德华力。所以在本系统中是 使用微小悬臂（cantilever）来检测原子之间力的变化量。微悬臂通常由一个一般100~500μm长和大约500nm~5μm厚的硅片或氮化硅片制成。微悬臂顶端有一个尖锐针尖，用来检测样品－针尖间的相互作用力。这微小悬臂有一定的规格，例如：长度、宽度、弹性系数以及针尖的形状，而这些规格的选择是依照样品 的特性，以及操作模式的不同，而选择不同类型的探针。 2、位置检测部分 在原子力显微镜（AFM）的系统中，当针尖与样品之间有了交互作用之后，会使得悬臂cantilever摆动，所以当激光照射在微悬臂的末端时，其反射光的位置也会因为悬臂摆动而有所改变，这就造成偏移量 的产生。在整个系统中是依靠激光光斑位置检测器将偏移量记录下并转换成电的信号，以供SPM控制器作 信号处理。 3、反馈系统 在原子力显微镜（AFM）的系统中，将信号经由激光检测器取入之后，在反馈系统中会将此信号当作 反馈信号，作为内部的调整信号，并驱使通常由压电陶瓷管制作的扫描器做适当的移动，以保持样品与针 尖保持一定的作用力。 AFM系统使用压电陶瓷管制作的扫描器精确控制微小的扫描移动。压电陶瓷是一种性能奇特的材料， 当在压电陶瓷对称的两个端面加上电压时，压电陶瓷会按特定的方向伸长或缩短。而伸长或缩短的尺寸与 所加的电压的大小成线性关系。也就是说，可以通过改变电压来控制压电陶瓷的微小伸缩。通常把三个分 别代表X，Y，Z方向的压电陶瓷块组成三角架的形状，通过控制X，Y方向伸缩达到驱动探针在样品表面 扫描的目的；通过控制Z方向压电陶瓷的伸缩达到控制探针与样品之间距离的目的。 原子力显微镜（AFM）便是结合以上三个部分来将样品的表面特性呈现出来的：在原子力显微镜（AFM）的系统中，使用微小悬臂（cantilever）来感测针尖与样品之间的相互作用，这作用力会使微悬臂摆动， 再利用激光将光照射在悬臂的末端，当摆动形成时，会使反射光的位置改变而造成偏移量，此时激光检测 器会记录此偏移量，也会把此时的信号给反馈系统，以利于系统做适当的调整，最后再将样品的表面特性 以影像的方式给呈现出来。 二、工作原理： 将一个对微弱力极敏感的微悬臂一端固定，另一端有一微小的针尖，针尖与样品表面轻轻接触，由于 针尖尖端原子与样品表面原子间存在极微弱的排斥力，通过在扫描时控制这种力的恒定，带有针尖的微悬 臂将对应于针尖与样品表面原子间作用力的等位面而在垂直于样品的表面方向起伏运动。利用光学检测法
1.引言 随着人类科研的不断发展, 纳米尺度上物质的结构、相互作用以及一些特殊的现象等越来越受到关注, 所以各种研究方法和仪器手段也应运而生。原子力显微镜（Atomic Force Microscope，简称AFM）利用其微悬臂上尖细探针与样品的原子之间的作用力，从而达到检测的目的。其具有原子级的分辨率[1]。由于原子力显微镜既可以观察导体，也可以观察非导体，从而弥补了扫描隧道显微镜的不能观察非导体的不足。 图1 原子力显微镜 原子力显微镜的原理及其在材料科学上的应用 摘要 本文介绍了原子力显微镜的发展过程、探测原理等方面，从原子力显微镜对于材料表面形貌分析，粉体材料分析，纳米材料分析等方面，综述了原子力显微镜技术在材料科学学方面的应用，并展望原子力显微镜在未来的发展 关键词 原子力显微镜工作模式特点表面形貌 Abstract Thisarticle provide information of AFM(Atomic Force Microscope),about the development,the principle,from AFM on analyzing surface of material ,dusty material and nanometer size material. And look into the future of AFM Key word AFM working model characteristic surface
2.仪器工作原理 AFM通常由氮化硼作为一个灵敏的弹性微悬臂，在其尖端有一个用来在样品表面上扫描的很尖细的探针。假设有两个原子，一个是在微悬臂的探针尖端，另一个是在样品的表面，它们之间的作用力会随着距离的变化而变化。当原子和原子很接近时，彼此的电子云排斥力作用会大于原子核与电子云之间的吸引作用，其合力表现为排斥作用。反之，若两原子分开到一定距离时，其电子云的排斥作用小于彼此原子核与电子云之间的吸引力作用，故其合力表现为吸引作用。原子力显微镜就是利用微小探针与待测原子之间的这种交互作用力的微妙变化，来显现表面原子的形貌。[2] 在原子力显微镜中，根据利用原子间的排斥力或吸引力方式的不同，发展出了两种工作模式： （1）利用原子之间的排斥力的变化而产生样品表面轮廓，从而发展了接触式原子力显微镜（Contact AFM），其探针与样品表面的距离约为零点几个纳米。 （ 2 ）利用原子之间的吸引力的变化而产生 样品表面轮廓，从而发展了非接触式原子 力显微镜（Non-Contact AFM）其探针与样 品表面的距离约为几到几十纳米。 图2 原子与原子之间的交互作用 在原子力显微镜系统中，使用一个灵活的 微悬臂来感应针尖与样品之间的交互作用 力，该作用力随样品表面形态而变化，它 会使微悬臂随之摆动。将一束激光照射在 微悬臂的末端，当微悬臂摆动时，会使反 射激光的位置改变而造成偏移量，用激光 检测器记录此偏移量，同时将此信号传递 给反馈系统，以利于系统做适当的调整， 从而将样品表面特征以影像的方式显现出 来[3]。（如图 3） 。 图3 原子力显微镜的探测原理示意图 3.原子力显微镜的结构 3.1力检测系统 原子力显微镜使用微小悬臂来检测原 子之间力的变化量。微悬臂通常由一个 100到500μm长和大约500nm到5μm厚 的硅片或氮化硅片制成。微悬臂顶端有一 个尖锐针尖，用来检测样品－针尖间的相 互作用力。 图4 原子力显微镜微悬臂 3.2位置检测系统
6-5 原子力显微镜 【实验简介】 扫描隧道显微镜工作时要检测针尖和样品之间隧道电流的变化，因此它只能用于导体和半导体的研究。而在研究非导电材料时必须在其表面覆盖一层导电膜。导电膜的存在往往掩盖了样品表面结构的细节。为了弥补扫描隧道显微镜的这一不足，1986年宾尼希等发明了第一台原子力显微镜AFM（atomic force microscopy）。原子力显微镜不仅可以在原子水平测量各种表面形貌，而且可用于表面弹性、塑性、硬度、摩擦力等性质的研究。 【实验目的】 1.学习和了解原子力显微镜的结构和原理； 2.学习扫描隧道显微镜的操作和调试过程，并以之来观察样品的表面形貌； 【实验原理】 1.原子力显微镜 与STM不同，原子力显微镜测量的是针尖与样品表面之间的力。将微小针尖放在悬臂的一端，当针尖与样品间距小到一定程度时，由于针尖与样品的相互作用（引力、斥力等），使悬臂发生弯曲形变。如图使样品与针尖之间作扫描运动，测量悬臂的形变位移，即可得到 图6-5-1 原子力显微镜示意图 样品表面的形貌信息。 由于微悬臂的位移很小，对它的测量是一个关键技术。最早发明者宾尼希等人利用隧道电流对间距的敏感性来测量悬臂的位移，但由于隧道效应对悬臂的功函数（由于污染等原因）变化同样敏感，所以稳定性较差。现在大多数均采用光学方法或电容检测法。本实验采用光
图6-5-2 原子力显微镜光路图 束偏转检测方法，如图2所示。激光束经微悬臂背面反射、再经平面反射镜至四相限接受器，当微悬臂弯曲时激光束在接受器上的位置将发生移动，由四象限接受器检测出悬臂弯曲位移，便可得到样品的表面形貌。 2.轻敲模式成象技术 常规的接触模式扫描由于针尖对样品的作用力较大，会在软样品表面形成划痕，或使样品变形，对粉体颗粒样品，会使样品移动，或将样品碎片吸附在针尖上，分辨率较差，而理想的非接触模式由于工作程短，又是难于有效实施的。 轻敲扫描模式的特点是在扫描过程中由压电驱动器将微悬臂激发到共振振荡状态，针尖随着悬臂的振荡，极其短暂地与样品表面进行接触，同时由于针尖与样品的接触时间非常短，因此剪切力引起的对样品的破坏几乎完全消失，可以清晰观测完好的表面结构而不受表面高度起伏的影响。AFM轻敲扫描模式，特别适用于检测生物样品及其它柔软、易碎、粘附性较强的样品。并对针尖损耗相对最少。 【实验装置】(见扫描隧道显微镜) 【实验内容及步骤】 1．扫描光栅样品 注意：所有插件栏的操作都应当是鼠标单击 1.1 放针尖。把针尖架插入探头； 1.2 放样品（用镊子操作，注意不要让镊子碰到样品表面）。 1.3打开电脑。开启控制箱电源。打开软件，切换到在线工作模式(此时仪器会自动识别当前针尖类型，软硬件自动切换到相应工作模式，头部液晶屏也会立即显示出当前工作模
原子力显微镜 一、实验目的 1了解原子力显微镜的工作原理 2掌握用原子力显微镜进行表面观测的方法 二、实验原理 1. AFM基本原理 原子力显微镜的工作原理就是将探针装在一弹性微悬臂的一端，微悬臂的另一端固定，当探针在样品表面扫描时，探针与样品表面原子间的排斥力会使得微悬臂轻微变形，这样，微悬臂的轻微变形就可以作为探针和样品间排斥力的直接量度。一束激光经微悬臂的背面反射到光电检测器，可以精确测量微悬臂的微小变形，这样就实现了通过检测样品与探针之间的原子排斥力来反映样品表面形貌和其他表面结构。 在原子力显微镜的系统中，可分成三个部分：力检测部分、位置检测部分、反馈系统。如图一显示。 1）力检测部分 在原子力显微镜系统中，所要检测的力是原子与原子之间的范德华力。使用微悬臂来检测原子之间力的变化量。如图2所示，微悬臂通常由一个一般100～500μm长和大约500nm～5μm厚的硅片或氮化硅片制成。微悬臂顶端有一个尖锐针尖，用来检测样品－针尖间的相互作用力。 （2）位置检测部分 在原子力显微镜系统中，当针尖与样品之间有了作用之后，会使得悬臂摆动，所以当激光照射在微悬臂的末端时，其反射光的位置也会因为悬臂摆动而有所改变，这就造成偏移量的产生。在整个系统中是依靠激光光斑位置检测器将偏移量记录下并转换成电的信号，以供SPM控制器作信号处理。聚焦到微悬臂上面的激光反射到激光位置检测器，通过对落在检测器四个象限的光强进行计算，可以得到由于表面形貌引起的微悬臂形变量大小，从而得到样品表面的不同信息。 （3）反馈系统 在原子力显微镜系统中，将信号经由激光检测器取入之后，在反馈系统中会将此信号当作反馈信号，作为内部的调整信号，并驱使通常由压电陶瓷制作的扫描器做适当的移动，以保持样品与针尖保持一定的作用力。 2.AFM 有三种不同的工作模式: 接触模式( contact mode) 、非接触模式(noncontact mode) 和共振模式或轻敲模式(Tapping Mode) 。（1）接触模式： 从概念上来理解，接触模式是AFM最直接的成像模式。AFM 在整个扫描成像过程之中，探针针尖始终与样品表面保持亲密的接触，而相互
原子力显微镜及其应用 原子力显微镜是以扫描隧道显微镜基本原理发展起来的扫描探针显微镜。原子力显微镜的出现无疑为纳米科技的发展起到了推动作用。以原子力显微镜为代表的扫描探针显微镜是利用一种小探针在样品表面上扫描，从而提供高放大倍率观察的一系列显微镜的总称。原子力显微镜扫描能提供各种类型样品的表面状态信息。与常规显微镜比较，原子力显微镜的优点是在大气条件下，以高倍率观察样品表面，可用于几乎所有样品（对表面光洁度有一定要求），而不需要进行其他制样处理，就可以得到样品表面的三维形貌图象。并可对扫描所得的三维形貌图象进行粗糙度计算、厚度、步宽、方框图或颗粒度分析。 原子力显微镜可以检测很多样品，提供表面研究和生产控制或流程发展的数据，这些都是常规扫描型表面粗糙度仪及电子显微镜所不能提供的。 一、基本原理 原子力显微镜是利用检测样品表面与细微的探针尖端之间的相互作用力（原子力）测出表面的形貌。 探针尖端在小的轫性的悬臂上，当探针接触到样品表面时，产生的相互作用，以悬臂偏转形式检测。样品表面与探针之间的距离小于3－4nm，以及在它们之间检测到的作用力，小于10－8N。激光二极管的光线聚焦在悬臂的背面上。当悬臂在力的作用下弯曲时，反射光产生偏转，使用位敏光电检测器偏转角。然后通过计算机对采集到的数据进行处理，从而得到样品表面的三维图象。 完整的悬臂探针，置放于在受压电扫描器控制的样品表面，在三个方向上以精度水平0.1nm或更小的步宽进行扫描。一般，当在样品表面详细扫绘（XY轴）时，悬臂的位移反馈控制的Z轴作用下保存固定不变。以对扫描反应是反馈的Z轴值被输入计算机处理，得出样品表面的观察图象（3D图象）。 二、原子力显微镜的特点 1．高分辨力能力远远超过扫描电子显微镜（SEM），以及光学粗糙度仪。样品表面的三维数据满足了研究、生产、质量检验越来越微观化的要求。 2．非破坏性，探针与样品表面相互作用力为10－8N以下，远比以往触针式粗糙度仪压力小，因此不会损伤样品，也不存在扫描电子显微镜的电子束损伤问题。另外扫描电子显微镜要求对不导电的样品进行镀膜处理，而原子力显微镜则不需要。 3．应用范围广，可用于表面观察、尺寸测定、表面粗糙测定、颗粒度解析、突起与凹坑的统计处理、成膜条件评价、保护层的尺寸台阶测定、层间绝缘膜的平整度评价、VCD涂层评价、定向薄膜的摩擦处理过程的评价、缺陷分析等。 4．软件处理功能强，其三维图象显示其大小、视角、显示色、光泽可以自由设定。并可选用网络、等高线、线条显示。图象处理的宏管理，断面的形状与粗糙度解析，形貌解析等多种功能。 三、应用实例 1．应用于纸张质量检验。2．应用于陶瓷膜表面形貌分析。3．评定材料纳米尺度表面形貌特征 1
2015年秋季学期研究生课程考核 （读书报告、研究报告） 考核科目:原子力显微镜的工作原理及基本操作学生所在院（系）: 学生所在学科: 学生姓名: 学号: 学生类别:应用型 考核结果阅卷人
原子力显微镜的工作原理及基本操作 一、实验目的 1.了解原子力显微镜的工作原理 2.掌握用原子力显微镜进行表面观测的方法 二、原子力显微镜结构及工作原理 2.1 AFM的工作原理 AFM是用一个一端装有探针而另一端固定的弹性微悬臂来检测样品表面信息的，当探针扫描样品时，与样品和探针距离有关的相互作用力作用在针尖上，使微悬臂发生形变。AFM系统就是通过检测这个形变量，从而获得样品表面形貌及其他表面相关信息 1.原子力作用机制 当两个物体的距离小到一定程度的时候，它们之间将会有原子力作用．这个力主要与针尖和样品之间的距离有关．从对微悬臂形变的作用效果来分，可简单将其分为吸引力和排斥力，它们分别在不同的工作模式下、不同的作用距离起主导作用．探针与样品的距离不同，作用力的大小也不相同，针尖/样品距离曲线如图1所示． 图1 针尖/样品距离曲线 2.原子力显微镜的成像原理 AFM的微悬臂绵薄而修长，当对样品表面进行扫描时，针尖与样品之间力的作用会使微悬臂发生弹性形变，针尖碰到样品表面时，很容易弹起和起伏，它非常的灵敏，极小的力的作用也能反应出来．也就是说如果检测出这种形变，就可以知道针尖－样品间的相互作用力，从而得知样品的形貌。
图2 光束偏转法的原理图 微悬臂形变的检测方法一般有电容、隧道电流、外差、自差、激光二极管反馈、偏振、偏转方法。偏转方法是采用最多的方法，也是原子力显微镜批量生产所采用的方法．图2就是光束偏转法的原理图。 3.原子力显微镜的工作模式 AFM主要有三种工作模式:接触模式(ContactMode)、非接触模式(Non－contact Mode)和轻敲模式( Tapping Mode)，如图3． 图3 三种工作模式 接触模式中，针尖一直和样品接触并在其表面上简单地移动．针尖与样品间的相互作用力是两者相接触原子间的排斥力，其大小约为10-8～10-11N。 非接触模式是控制探针一直不与样品表面接触，让探针始终在样品上方5～20nm 距离内扫描．因为探针与样品始终不接触，故而避免了接触模式中遇到的破坏样品和污染针尖的问题，灵敏度也比接触式高，但分辨率相对接触式较低，且非接触模式不适合在液体中成像。 轻敲模式是介于接触模式和非接触模式之间新发展起来的成像技术，类似与非接触模式，但微悬臂的共振频率的振幅相对非接触模式较大，一般在0.01～1nm．分辨率几乎和接触模式一样好，同时对样品的破坏也几乎完全消失，克服了以往常规模式的局限。 4.原子力显微镜的构成 SPA－300HV型显微镜主要包括以下四个系统: 减震系统、头部系统、电子学控制系统、计算机软件系统(图4为结构图)。
《基因组学与应用生物学》 论文编写指南 一、栏目设置与文体风格 本刊设置固定栏目和随机栏目。固定栏目常设研究论文(Articles)和研究报告(Research Report)，发表最新的原始研究成果。随机栏目根据稿源可能设研究资源(Resources)、数据分析(Analysis)、技术主题(Technology feature)和评述与展望(Reviews and Progress)等栏目，还可能设置刊登有关科学新闻、科技简讯、专利、短评和书评等方面的栏目。本刊在栏目设置和文体格式上参照国际著名周刊《自然》及《自然生物技术》的刊发形式。以下就研究论文(Articles)、研究报告(Research Report)、评述与展望(Reviews and Progress)和研究资源(Resources)的文体格式做出说明，其它类型的详细的文体格式及其定义请向编辑部索取或从本刊网站下载。 1研究论文(An Article) 报道相对比较完整、全面的原始研究工作，其结论代表着一个重要问题的认识上有了实质性进展，并且具有及时而深远的影响。论文篇幅要求在8个印刷页面以上，由作者自由投稿，同行评审。 2研究报告(Research Report) 简洁报道有重要结果的原始研究工作，其重要性意味着本研究结果使其它领域的科学家也有兴趣。论文篇幅要求在6个印刷页面左右，由作者自由投稿，同行评审。 3评述与展望(Review and Progress) 对某一研究领域中最新研究进展进行权威的、公平的、学术上的回顾、鉴定和评述。论文篇幅要求在8个印刷页面以上，由作者自由投稿，同行评审。 4研究资源(A Resource) 对现有数据(如由各种阵列技术或者高通量研究平台所提供的基因组学, 转录组学或蛋白质组学的数据包)进行新分析，或描述由比较分析技术得出引起广大读者注意的重要新结论而获得的新数据。论文篇幅要求在6个印刷页面左右，由作者自由投稿，同行评审。 二、论文写作的基本要求 1题目与标题 论文题目要紧扣主题。务求简明、新颖，有足够的信息，能引起读者的兴趣，不用副标题，一般不超过25个汉字或英文单词。中英文题目应对应一致，顶格书写。避免在题目中使用不常用的缩写词。 2作者与单位 署名应限于参加本工作并能解答论文中有关问题者，必须注明通讯作者及其电子邮箱。中国作者英文名用汉语拼音，姓和名的首字母大写，双名不用连字号隔开；外国作者按其习惯书写，名用缩写，字母间加缩略点。作者下面一行书写作者的工作单位、城市名及邮政编码。工作单位的英文翻译应按照所在单位官方公布的为准。
大一应用生物科学专业大学生职业生涯规划书范文格 式3000字 一、自我分析 1、个性特点 2、swot分析 二、主要目标职业的岗位职责和任职资格 1、公务员： 2、研发人员： 3、翻译 三、职业选项 1、通过国家公务员考试进入国家机关 2、从事科学教研工作 3、翻译 四、决策因素 五、行动计划 六、风险、危机预测与应对方案结语 从我们走入大学校门到现在已经一年多了，想起自己走过岁月中的点点滴滴，我不禁有些惭愧。我对自己以往在文体和社团活动中的表现不是很满意。另外，通过一个学期的学习，我对于职业生涯又有了新的理解，所以大一时在“大学生职业生涯规划”课上，我对职业生涯规划的理解对于现在就有些不适用了，倘若不及时调整，这很可能会导致我最终庸碌无为。 一个不能靠自己的能力改变命运的人，是不幸的，也是可怜的，
因为这些人没有把命运掌握在自己的手中，反而成为命运的奴隶。而人的一生中究竟有多少个春秋，有多少事是值得回忆和纪念的。生命就像一张白纸，等待着我们去描绘，去谱写。 而如今，一直就存在的就业压力似乎更加突出而如今，经济因素也将对就业产生影响。“大学生就业冬天”已经在社会上喊了很多年，更可怕的是这个“冬天”每年都在过。表面上看是与扩招有关，但问题是大学生就业思路有根本性问题。就业已经不再是大四才考虑的问题，大一就应该对职业有一些规划了。 我希望通过这篇职业规划能够更好的认识自己，找到自己的职业发展方向，然后有针对性地加强自己的职业能力培训，化“被动就业”为“主动择业”，让自己一开始就赢在职场起跑线，成为抢手的职场新人。 根据学校的职业测评、网上比较有权威性的相关测试和家长朋友以及自己的一些分析，我得出以下结论： 1、学校、学院内有资深的就业指导老师做指导 2、生物知识涉及面广，就业灵活 3、生物医药专业是北京生源本科毕业生紧缺的专业 t(制约) 1、考研存在一定风险 2、比赛竞争激烈，自己的最后排名是未知数 3、专业学习与课余实践的冲突，课余时间参加各种活动对于学习肯定有影响
2019年高考应用生物科学专业未来就业前 景分析与就业方向解读 高考应用生物科学专业未来就业前景分析与就业方向解读 更新：2018-12-25 10:18:27 生物科学专业的本科毕业生在求职过程中存在着比较明显的“高不成、低不就”的现象。一方面，好的科研、企业单位是理想的择业对象，可是其要求自然也比较高，本科生的竞争优势不是很强，各个方面的能力都需要提高；另一方面，基层单位就业容易，可是条件差，发展也不太理想。对于求职来说，文凭其实只是一小方面，招聘单位对文凭作出规定，无非也是希望应聘者有更高的专业能力。所以说，专业知识、能力过硬才是最重要的条件，在学习的过程中有意识的锻炼、提高自身的专业技能，也是增强竞争优势的方法。 从事不同的工作不仅要看自身的专业能力，还应该注意自己的性格因素，这也是不可忽视的一个方面。从事技术研究需要沉稳、细致的性格，内向的人更适合；从事相关的管理工作，不仅要细致耐心，还要有良好的沟通能力，这更加适合开朗外乡的人；而从事教育工作则最好两者兼备，既可以安静、仔细的研究专业课程，又能够调动别人的情绪和积极性。所以，毕业生在选择职
业的时候，要注意结合自己的个性特点。 生物科学专业的学生必须注意在学习的过程中培养自己的专业技能，否则求职很难有突破。基本理论知识和基本的实验技能自然无需多说，包括了基础的数学、物理、化学和相关的动物生物学、植物生物学、微生物学、生物化学、细胞生物学遗传学、发育生物学、分子生物学、生态学等。同时还应该了解相近专业的一般原理和知识，了解国家科技政策、知识产权等有关政策和法规，了解生物科学的理论前沿、应用前景和最新发展动态，还要具有较强的自学能力和更新知识的能力，外语和计算机等必备知识技能应达到规定的等级水平。 专业能力是提升竞争力的重要环节，比学历更加实用，应该根据自己的职业发展方向有针对性的锻炼能力。从事生产管理，就要在专业技能过硬的基础上，加强管理方面的能力，这样才能有效的拓展自己的职业发展空间。
生物技术应用 生物技术应用（Biotechnology applications）是指生物技术在各方面的应用。生物技术是应用生物的领域。生物技术是利用有机体和生物过程在工程，技术，医药和其它要求生物产品的领域制成产品。 生物技术需要纯生物科学（遗传学，微生物学，动物细胞培植，分子生物学，生物化学，细胞生物学等）以及生物学外的领域（化学工程，生物加工工程，信息技术，生物机器人）的知识。相反，现代的生物科学（包括分子生态学概念）是和生物技术的发展密切相关的。现代的生物技术还包括遗传工程和细胞及组积培植技术。 中文名：生物技术应用，英文名：Biotechnology applications，含义：生物技术在各方面的应用，应用领域：农业、医药、轻工食品、海洋开发等。 应用： 生物技术在四个主要工业领域应用；包括医疗保健，谷物生产和农业，谷物非食品利用和其它产品（生物所能分解的塑料，植物油，生物燃料）及环境的使用。例如，生物技术的一种应用是直接用有机体生产有机产品（例，包括蜜蜂和牛奶的生产）。另外的例是生物浸矿采矿工业用已有的细菌。生物技术还用到回收，废品处理，清理污物（生物处理法）和生产武器。 一系列发展产生了生物技术的一些分支，例如： 生物信息学是利用计算技术处理生物问题的多学科领域。使很快组织和分析生物数据成为可能。它可称为计算生物学。 生物信息学在各领域内起作关键的作用；如功能基因组学，结构基因组学和蛋白组学；并在生物技术和制药方面形成了关键成份。
兰色生物技术是一项用到海里和水生应用的生物技术，但较少用。 绿色生物技术是一项用到农业生产的技术。一个例子是通过微细菌增殖，选择和驯化植物。另一例子是设计转基因植物在有或无化学药品特别环境中生长。希望绿色生物技术可产生比传统工业和农业更好的效果。 红色生物技术是应用医药方面的技术。一些例子是设计生产抗菌素，以及改变基因治疗疾病的基因工程。 白色生物技术，也称工业生物技术，是应用到工业生产的技术。例子是设计一个有机体去产生有用的化学医药。 现代生物技术可在医药的下列方面应用： 遗传药理学 遗传药理学研究个体遗传如何影晌他/她的身体对药物的反应。遗传药理学的着眼点在能设计和生产适合每个个体遗传特性的药物。 制药产品 大多数传统制药用简单分子；这些是由经验处理疾病的痛症而得来。生物制药用生物大分子，如蛋白和从疾病产生的机理有针对性地选用。这是一个相对年轻的工业。 小分子用化学制造，但大分子要用在人体内的活细胞：如细菌细胞，动物或植物细胞。小细胞的药可制成药片；但大分子的药则要注射。 基因测试 基因测试可直接试验DNA 分子本身。可测出它是否有变异。 基因疗法 可用正常基因补充或替换有缺陷的基因治病。 克隆
原子力显微镜(AFM)原理 一、原理 原子力显微镜(Atomic Force Microscopy, AFM)是由IBM公司的Binnig与史丹佛大学的Quate于一九八五年所发明的，其目的是为了使非导体也可以采用扫描探针显微镜（SPM）进行观测。 图1、原子与原子之间的交互作用力因为彼此之间的距离 的不同而有所不同，其之间的能量表示也会不同。 原子力显微镜（AFM）与扫描隧道显微镜（STM）最大的差别在于并非利用电子隧道效应，而是利用原子之间的范德华力（Van Der Waals Force）作用来呈现样品的表面特性。假设两个原子中，一个是在悬臂（cantilever）的探针尖端，另一个是在样本的表面，它们之间的作用力会随距离的改变而变化，其作用力与距离的关系如“图1”所示，当原子与原子很接近时，彼此电子云斥力的作用大于原子核与电子云之间的吸引力作用，所以整个合力表现为斥力的作用，反之若两原子分开有一定距离时，其电子云斥力的作
用小于彼此原子核与电子云之间的吸引力作用，故整个合力表现为引力的作用。若以能量的角度来看，这种原子与原子之间的距离与彼此之间能量的大小也可从Lennard –Jones的公式中到另一种印证。 为原子的直径为原子之间的距离 从公式中知道，当r降低到某一程度时其能量为+E，也代表了在空间中两个原子是相当接近且能量为正值，若假设r增加到某一程度时，其能量就会为-E同时也说明了空间中两个原子之间距离相当远的且能量为负值。不管从空间上去看两个原子之间的距离与其所导致的吸引力和斥力或是从当中能量的关系来看，原子力显微镜就是利用原子之间那奇妙的关系来把原子样子给呈现出来，让微观的世界不再神秘。 在原子力显微镜的系统中，是利用微小探针与待测物之间交互作用力，来呈现待测物的表面之物理特性。所以在原子力显微镜中也利用斥力与吸引力的方式发展出两种操作模式： （1）利用原子斥力的变化而产生表面轮廓为接触式原子力显微镜（contact AFM），探针与试片的距离约数个?。 （2）利用原子吸引力的变化而产生表面轮廓为非接触式原子力显微镜（non-contact AFM），探针与试片的距离约数十到数百?。 二、原子力显微镜的硬件架构： 在原子力显微镜（Atomic Force Microscopy，AFM）的系统中，可分成三个部分：力检测部分、位置检测部分、反馈系统。
应用生物科学专业就业形势分析 所属类别：农学> 植物生产类学年：4年授予学位：农学学士专业代码：090109T 就业前景分析(按应用生物科学专业相关职位统计) 据统计，应用生物科学专业就业前景最好的地区是：北京。薪酬最高的地区是：江苏 该专业需求地区排行Top 10 1北京8个职位2上海6个职位3广州6个职位4杭州3个职位5深圳3个职位 6珠海3个职位7成都2个职位8武汉2个职位9沈阳2个职位10石家庄2个职位该专业相关职位薪酬地区排行Top 10 1江苏￥117932 无锡￥89993 北京￥84474 上海￥69205 深圳￥6800 6杭州￥64537 厦门￥62218 广东￥61419 苏州￥601710 武汉￥5209 薪酬概况(按应用生物科学相关的职位薪酬进行统计)￥5610 应用生物科学专业就业方向 本专业学生毕业后可在食品生产、流通与行业监管领域从事规划管理、科学研究、产品开发、工程设计、技术管理、安全性与品质控制等方面工作 以下是相关招聘职位 市场研究员行业研究员临床协调员crc 应用生物科学专业介绍 主要课程 食品化学食品营养学食品微生物学食品工程原理食品工艺概论食品分析现代食品装备与自动化食品工厂设计。 应用生物科学开设院校按照高校热度排序 安徽农业大学塔里木大学浙江大学云南师范大学苏州大学四川农业大学东北农业大学安徽师范大学吉林农业大学西南林业大学沈阳农大 应用生物科学专业就业排名: （应用生物科学专业在农学类中排名第14） 1. 园林 2. 园艺 3. 农学 4. 水产养殖学 5. 动物医学 6. 动物科学 7. 烟草 8. 茶学 9. 植物保护10. 林学11. 动物药学12. 农业资源与环境13. 植物科学与技术14. 应用生物科学15. 草业科学16. 蜂学17. 种子科学与工程18. 海洋渔业科学与技术19. 水族科学与技术20. 蚕学说明：应用生物科学属于农学类，农学类共20个本科专业，其中，应用生物科学专业就业排名第14 市场需求量变化曲线，就业形势、就业前景分析(按应用生物科学专业相关职位统计) 说明：以下图表反应近一年市场招聘量变化。曲线越向上代表该段时间招聘量越大，就业情况越好。该数据由各地招聘网站统计而来，可能因抓取系统稳定性等因素而致使数据偏离客观实情，仅供参考。 网友点评：26592 人关注，63%很好，12%一般，17%很差
原子力显微镜(AFM)是购买浙江大学光电研究所研制的，已经使用一年多，中间出现些问题，也都解决了，现在做个总结： 1、设备 信号来源：激光 信号接收：PSD（Position Sensitive Detector）全称为位置传感检测器，输出的是模拟信号，线性度好、响应快。 探针：在镀金的小矩形上，每头有一大一小的等腰三角形，探针三角形顶端，垂直于三角形平面，肉眼只能看到三角形，看不到探针，一个矩形上有四个探针可以使用。 压电陶瓷：样品在测试过程中，三维方向的运动是通过三根压电陶瓷的位移产生 信号放大、反馈、数据采集、显示 2、过程 1、把用探针的小矩形用双面胶贴好，矩形伸出的长度一般为小于或接近长边的一半，用四个控制螺钉调节激光器，使激光照在三角形的边上，直到产生衍射条纹，并且衍射条纹在PSD左侧，不能在PSD光敏面上，倾斜方向 \ ，光斑中心居中，激光照在三角形边上达到衍射条件时将产生强的反射光； 2、用双面胶把待测样品粘在样品台上，双面胶要贴平，样品要测得地方不能太靠样品台中心，因为在测试时探针接触的位置不是在样品台的中心，然后把样品台固定在三根压电陶瓷构成的支杆上，适当转动样品台，使待测样品的中心与探针的位置相对； 3、用粗调使试样向探针运动，此时为了观察可把激光关了，当接近至1~2mm 时打开激光，使用细调，观察控制面板上PSD反馈信号、Z轴反馈信号的变化、衍射光斑的变化，但衍射光斑移动时说明已进入原子力的作用范围，应缓慢调节旋钮，在光斑移动迅速的时候应适当方向调节旋钮，防止调过，在PSD信号为1.6，Z轴反馈信号-200~-300时即可进行测试。 3、出现的问题和解决方法 3.1 Z轴反馈信号不稳定
FRET在生物科学中的应用 作者：文富来源：北大单分子与纳米生物学实验室时间：2007-12-4 荧光共振能量转移（FRET）(Fluorescence / F?rster resonance energy transfer)是比较分子间距离与分子直径的有效工具，广泛用于研究各种涉及分子间距离变化的生物现象，可以定量测量两个发光基团之间的距离，在蛋白质空间构象、蛋白与蛋白间相互作用、核酸与蛋白间相互作用以及其它一些方面的研究中得到广泛应用。 当生色团被光照时，被照射激发的分子可以通过散发能量来返回到基态1-3。光能可被生色团在10-15秒吸收而在10-9秒再发射出来。然而，也有可能被激发分子并不发光而将能量传递给别的生色团或是另外的荧光素，这些荧光素可以在相同的时间量级发荧光，这后一种现象称为荧光共振能量转移（FRET）。FRET是通过分子间的电偶极相互作用将供体激发态能量转移给受体激发态的过程，是一种非辐射跃迁。当FRET发生时，供体的荧光减弱而受体的荧光增强。荧光素在激发态的寿命是10-9秒，在发射荧光、非辐射性发射和将激发能传递给周围的介质三者之间存在竞争。如果荧光能量转移发生，激发态能就会从供体传递给受体，荧光光子由受体发出。 FRET 发生的基本条件是：①、供体和受体的距离必须达到一定的数量级（20-100à）②、受体的吸收光谱必须与供体的发射光谱相重叠。（见图1）③、供体和受体能量转移偶极子的方向必须近似地平行。F?rster依据供体与受体的相对距离和偶极子的方向关系解释了FRET发生的原理。能量转移的效率是有一些参数决定的1-3，下面方程给出了能量转移的产效： E=R60/（R6+R60 R 是供体与受体在生物条件下的距离 R0是每对供受体之间的一个常数，代表能量转移的效率为50％时的距离。R0称为F?rster 临界距离，由下列公式计算： κ2表示偶极子方向因子（围从0-4；当供体和受体的排列是随机时κ2=2/3） QY D表示在没有受体时供体的量子产量 n表示折射系数 J(λ)表示光谱重叠积分 J(λ) 其中：= 受体淬灭系数= 总荧光强度中供体荧光强度部分 图1：FRET光谱重叠积分示意图
应用生物科学专业开设课程设置,课程内容 学什么 应用生物科学专业开设课程设置,课程内容学什么 应用生物科学专业注重培养和造就能从事生物资源利用、食品、医药、环境保护等相关领域的技术与设计、应用与开发、经营与管理、教学与科研等工作的高级科学技术人才。 核心课程 食品化学食品营养学食品微生物学食品工程原理食品工艺概论食品分析现代食品装备与自动化食品工厂设计 *特色课程 双语教学课程：食品工艺概论食品化学食品营养学原版外文教材课程：食品工艺概论研究型课程：食品新产品开发自学型课程：食品感官评定 就业前景 食品工业是国民经济的支柱产业，其产值规模在世界各国均占各工业门类的前1-2位。我国食品工业产值从1995年以来一直处于各工业门类的首位，目前年产值已超过3万亿元。 随着现代科学技术的快速发展，食品工业正处于现代化转型和高速发展时期。生物技术的发展使传统的食品加工制造工艺产生巨大的变革，使生产的效率与效益大幅提高，现代高新工程技
术如膜分离、分子蒸馏、超临界萃取、超高压、高压脉冲电场、冷冻升华等在食品工业中开始规模应用，使产品的科技含量大幅提高，品质产生了跨越式的变革，不仅大幅提高农产品的附加值，还有力推进了新资源的开发。通过对加工副产物的开发利用、功能性成分的获取，不仅有效延长产业链，更有利于资源的充分利用和环保，推进着21世纪的经济社会可持续发展进程。 食品的营养与安全是现代社会关注的热点，是改善国民素质的关键领域，其发展十分迅速。食品营养素和天然功能性成分在体内的吸收、分布、代谢和排泄，以及它们之间的相互作用和对各种疾病危害因子的影响，是人类健康的核心命题。特别是近年来，通过饮食干扰试验对各种疾病相关基因表达影响的研究，阐明了很多饮食对疾病影响的发病机理，从根本上革新了防治疾病的手段，预期对提高人们的生命质量产生重大影响。 近年来我国的农产品生产量快速增长，粮食、肉类、水果蔬菜年产量居世界之首。但这些农产品的加工贮运保鲜体系仍然十分落后。如粮食的产后损失高达7~9%，新鲜果蔬的产后损失高达20~30%，总价值高达1700亿元。因此，通过改进加工技术、产后处理和贮运保鲜技术，将可在现有的生产力水平上大大提高农产品的附加值，改善农产品的有效供应，产生巨大的社会经济效益。 综上所述，食品科学与工程是一个关系到国计民生的重要学科，在促进经济社会的可持续发展，提高国民健康福祉等方面具有永恒的战略意义。目前我国规模以上食品工业企业达3.11万家，中小企业17万家，从业人员高达1035万人，还有内外贸企业数十万家，同时建立了相应规模的行业监管、卫生、质量、安全技术监督、检验检疫等专业机构，对专业技术人员的需求巨大。
布鲁克原子力显微镜探针 布鲁克AXS，是布鲁克(Bruker)股份公司（NASDAQ：BRKR）中的运营公司，拥有全球性的市场，是从事扫描探针显微镜（Scanning probe microscopes，SPMs）和原子力显微镜（atomic force microscopes，AFMs）的技术领导者。Bruker AXS专业致力于分析仪器的研发与生产，产品应用于生命科学、材料研究、新型软件开发及应用、结构及表面解析等领域。不断创新的产品为各行各业的用户带来技术领先和技术进步，用户遍及重工业、化学、药物、半导体、太阳能、生命科学、纳米技术及学术研究等领域，并致力于促进其科技进步及加速工业发展。 布鲁克公司是全球唯一一家既能生产AFM/SPM设备又能生产探针的厂商。作为全球最大的探针用户之一，我们深刻理解每个单独的组件对于一套高性能AFM系统的价值。先进的生产工艺，专业的AFM领域背景，得天独厚的生产装备，赋予探针制造众多的优势，确保在最广泛的应用领域中提供最完整的AFM解决方案。 布鲁克AFM探针制造中心特征： ?100间无尘室 ?先进的设计、制造工序及制造工具 ?内部的探针设计团队与AFM科学家及工程师通力合作，配合紧密 ?训练有素的生产团队，制造出各种型号的探针 ?全面的质量管理体系，确保探针性能行业领先 在实验中，用户所得到的数据取决于探针的质量及探针的重复性。布鲁克的探针具有严格的纳米加工控制，全面的质量测试，和AFM领域的专业背景。所以用户尽可放心，我们的探针不仅为您当前的应用提供所需的结果，同时也能为将来的研究提供参考数据。 原子力显微镜性能及技术领导者 布鲁克的原子力显微镜(AFMs)广泛应用于生命科学、材料科学、半导体、电化学等领域的纳米技术研究开发。布鲁克目前已开发了拥有专利的各种产品套件，以实际应用为导向，能提供无以伦比的精确度及分辨率，各种价位可供选择。经过几十年的不断创新和设计优化，布鲁克的AFM系统能为用户提供更加简单易掌握的技术。 布鲁克公司的AFMs，探针，及配件具有PeakForce QNM?、ScanAsyst?和PeakForce?Tapping等专利技术，超过20种成像模式，以其卓越的性能广泛应用于科研和工业界各领域，能有效地增加产能，帮助用户更加方便快捷地获取量化的数据结果。布鲁克公司以其独特的生产装备能为用户的特殊应用量身定做，提供完整的、高性能的解决方案。无以伦比的本地化应用及技术专员会在使用的过程中一直协助用户，从产品、探针及配件选择，到应用支持和下一代技术更新。 布鲁克公司发展简史： 1992—轻敲模式及AFM液态中成像 1994—闭环SPM —第一台用于生命科学的AFM(BioScope?) 1995—相位成像模式及抬高模式 1999—电学应用模块 2000—加快10倍成像 2001—高温聚合物成像 2002—用于力谱的原子力显微镜(PicoForce) 2003—扭转共振模式(TR-Mode?)