原子力显微镜 (AFM) 在过去几十年中逐渐发展成为测量样品形貌和特性的重要工具，并且其功能多年来得到了极大的扩展。光镊也已问世多年，可用于在单原子层面操控和测量材料的特性。如今，原子力显微镜 (AFM) 已逐渐与光镊结合，以便在生物学研究中进行更高效的力测量。本文将探讨这种结合。

什么是AFM？

AFM 是原子力显微镜的简称，是一种使用悬臂末端的尖端来绘制表面形貌的仪器。从根本上讲，有许多不同的成像模式，其中一些接触表面，一些悬停在样品上方，悬臂的移动使得可以绘制表面原子的相对位置。虽然 AFM 最出名的是绘制表面形貌，但多年来已经出现了许多不同的模式，可以测量样品的电学、光学和机械特性（以及其他子特性）。它是一种强大的成像技术，可以用于各种各样的材料，它的多功能性是它多年来成为越来越多的科学家使用的工具的众多原因之一。

什么是光镊？

光镊利用光来操控物体，精确到单原子级别。光镊的工作原理是捕获原子、粒子或微生物，并可用于推断被捕获物体的力学性质。光镊利用激光捕获这些物体，光的折射和散射可以为科学家提供大量有关物体力和力学性质的信息。一旦被捕获，物体将偏离光束中心，从而可以推断物体的力学性质。在某些情况下，光镊可以通过将偏离中心的微观物体拉回，从而持续捕获它们，这个过程可以用来操控和移动物体。光镊的应用领域非常广泛，尤其是在生物学研究中。

结合两者

原子力显微镜 (AFM) 和光镊可以组合使用，这被称为 OT/AFM。这项技术将原子力显微镜的表面力测量和成像功能与通过光镊在三维空间中施加和测量最小力的能力相结合。OT/AFM 是一种在生物学研究中具有巨大潜力的技术，就像光镊一样。除了非接触模式外，许多 AFM 模式并不适用于生物学研究，因为尖端会损坏样品。由于非接触模式不会对样品施加物理力，因此更难获得力的测量结果，因此 OT/AFM 应运而生，以满足这一需求。

在光镊/原子力显微镜 (OT/AFM) 中，光镊将生物分子固定在一端或两端，同时悬臂扫描生物分子表面。AFM 和光镊原理同时运用，用于光阱的激光通常通过目标样品下方的倒置物镜照射。这产生了一个协同过程，其中 AFM 仪器充当力和空间传感器，而光镊充当操纵器。

这个过程可以通过将分子捕获在一端，并将另一个分子附着在AFM悬臂的末端来解开纤维和DNA，AFM悬臂将粘附在纤维分子上。这个过程可以推断出纤维和DNA的机械特性。通过扭转分子可以解开或脱纤维，由于分子的一端被固定，另一端就会解开。就DNA的其他应用而言，附着有蛋白质的DNA可以被夹在两端，然后用悬臂扫描以查看蛋白质在DNA链中的位置，还可以通过捕获DNA螺旋的一条链来监测DNA-酶动力学。

OT/AFM 也可用于细胞研究，并触发细胞内的反应。OT/AFM 可通过施加力来测量细胞的机械特性，并对细胞内部的重排进行成像，以及测量细胞反应、细胞间相互作用、细胞与基质相互作用、免疫反应、感染反应以及细胞对外来介质（如纳米颗粒或细菌）的吸收。光镊还可以通过捕获某些细胞来触发特定反应，并通过测量分子修饰悬臂被拉向捕获细胞时产生的力来观察这些细胞如何粘附于其他分子。