Cypher VRS1250视频速率AFM电影

超越视频速率:DNA在45帧

松散结合的DNA以1250行/秒和160×16像素成像，帧率为45帧/秒。在电影的前半部分，动态可以在左下角的循环中观察到。在下半场，右边的两条线似乎有了更多的运动。

过硫酸铵蚀刻铜24 fps

铜的蚀刻在印刷电路板的制造中具有重要的商业意义，但也是在铜上沉积大面积石墨烯的常见加工步骤。在这里，电抛光铜衬底在过硫酸铵溶液中成像，扫描尺寸为130 nm，行扫描速率为1250行/秒，160×40像素，帧速率为24帧/秒。视频实时回放。该视频显示了从单向蚀刻到螺旋蚀刻过程的转变，显然是铜晶体中螺旋位错缺陷的结果。

样品由三菱材料公司提供。

通过扫描尺寸为425 nm，线扫描速率为1250行/秒，160×32像素，帧速率为28 fps的视频速率成像来监测抗微生物肽对脂质双分子层的降解。回放速率是采集速率的10倍。脂质斑块连续成像近7分钟，在此期间获得了近12000个图像帧。在缺乏肽的情况下观察相似的斑块没有导致双分子层的任何退化(见下文)。

关于视频速率AFM有时被问到的一个问题是观察到的动态是否受到与扫描尖端相互作用的影响。在这里，我们展示了在我们之前展示的工作之前进行的对照实验，其中抗菌肽降解脂质双分子层。对照实验中，类似的DMPC脂质双分子层样品在无肽的普通缓冲液中连续成像，扫描尺寸为500 nm，行扫描速率为1250行/秒，像素为160×32，帧率为28 fps。回放速率是采集速率的10倍。注意，双分子层保持足够的流动性，其形状在六分钟的成像过程中缓慢地发生轻微变化，然而，没有观察到双分子层的退化。这有助于确认在其他实验中抗菌肽是降解的原因。Cypher VRS1250的高成像带宽和出色的稳定性使其能够成像像这样的软生物样本而不受任何损坏。

视频速率AFM测量的一个挑战是在样品中找到一个过程活跃发生的区域。Cypher VRS1250具有30 μ m的XY扫描仪范围，提供足够的能力来偏移到样品的不同区域。扫描尺寸和偏移量都可以在成像时实时调整，允许操作员“专注”于任何动态发生的地方。这里展示的例子是另一个脂质降解实验。双分子层在抗菌肽存在的情况下以1250行/秒和160×32像素连续成像，帧率为28帧/秒。回放速率是采集速率的10倍。偏移量和扫描大小在四分半钟的实验中被改变，以找到双分子层补丁正在积极降解的区域。

MoS₂结合肽的结晶速率为2.6 s/帧

华盛顿大学和太平洋西北国家实验室(Pacific Northwest National laboratory)的吉姆·德·约里奥(Jim De Yoreo)教授领导的研究人员研究了一种能自我组装成2D晶体的MoS₂结合肽。该过程在Cypher VRS上以2.6秒/帧的速度成像，这使得以足够的时间分辨率测量成核动力学，同时还清楚地分辨出小至4×9 nm的有核岛(只有~8个肽二聚体)。

他们对成核过程的了解令人惊讶。晶体成核形成非常小的岛状。经典形核理论预测，二维晶体只有在形核超过某个临界尺寸时才会增长，在这个临界值上，与结晶相关的自由能节省抵消了与线张力相关的能量成本。然而，当研究人员认为该系统中的多肽是一维结晶，而不是二维结晶时，这个明显的矛盾得到了解决。尽管行聚合形成2D数组，但实际的结晶过程发生在每一行内部。对于一维晶体，这种能量平衡的规模不同，即使晶体最初在非常小的岛屿中成核，也可以生长。

数据由华盛顿大学和PNNL的Jim De Yoreo教授提供

发表于:Chen, J. et al. (2018) Science 362(6419): 1135-1139。

十六烷基棕榈酸酯吸附在HOPG上，速度为13 fps

鲸蜡棕榈酸酯是一种蜡质酯分子，其自组装模式为底层HOPG底物模板。在这里，样品的扫描尺寸为40 nm，行扫描速率为962行/秒，208×64像素，帧速率为13 fps。回放速率是采集速率的2倍。我们在视频开始时看到行对齐有缺陷。然而，样本仍然是动态的，这个缺陷通过视频中途。

胰岛素纤维稳定在28 fps 15分钟

胰岛素纤维以1250行/秒和160×32像素成像，帧率为28帧/秒。在15分钟的时间内，在没有操作员干预调整成像参数的情况下，捕获了超过25,000个图像帧。成像保持稳定，没有样品退化，几乎没有横向漂移，即使在视频速率成像速度下也表现出显著的稳定性。

四十四烷(C₄₄H₉₀）

四十四烷(C₄₄H₉₀)是长而不分枝的烷烃。它吸附在HOPG上，形成周期为5.8 nm的有序分子斑块。虽然长期以来一直被用作常规扫描速率下AFM分辨率的演示，但在这里它以962行/秒和208×512像素的速度在空中成像，帧率为2帧/秒。回放速率是采集速率的10倍。这里显示的相位通道为最佳对比度。这些高速AFM结果表明，分子在HOPG衬底上保持流动性，导致斑块的形状随着时间的推移而改变。

氢氧化钾在18帧/秒下的DNA变性

DNA的原生双链结构可以被破坏并分裂成单链DNA，这一过程被称为变性。这发生在自然界的DNA复制、转录和修复过程中。这也是PCR等生化技术的重要一步。有多种诱导变性的方法。其中一种技术是通过添加氢氧化钾(KOH)等碱性化合物来提高溶液的pH值。提高pH值会破坏稳定双链结构的氢键。这段视频是用庇护研究Cypher VRS1250视频速率AFM并显示双链DNA以962行/秒和80x40像素成像，帧率为18帧/秒，同时KOH溶液缓慢地灌注到样本细胞中。请注意，当视频上的时间戳达到约3米45秒时，靠近中间的DNA链分裂成单链DNA。

石膏的溶解揭示了原子台阶的后退

了解矿物石膏的溶解过程在地质和商业上都具有重要意义。使用Asylum Research Cypher VRS1250的视频速率AFM用于监测石膏在单原子级尺度上的溶解。这段视频显示了一个550纳米的石膏晶体在溶液中以962行/秒的速度成像，帧速率为12帧/秒。通过对数据的定量分析，可以提取出溶解过程的动力学。

胶原原纤维在云母上的组装

胶原蛋白是人类和其他动物体内含量最多的蛋白质。它在体内组装成在许多组织中发现的层次结构。此外，它还被广泛用于体外细胞和组织培养的基质和3D支架。因此，了解胶原蛋白的自组装机制具有重要的基础和现实意义。

这里显示的结果是在Cypher VRS视频速率AFM上获得的。简单地说，电影开始于在敲击模式下获得的缓冲区中裸云母的图像，线速率为400 Hz，像素为512×256，帧速率为1.5帧/秒(fps)。这里的电影以15帧/秒的速度播放，即10倍的获取速率。加入稀释的胶原蛋白分子溶液。装配的三个步骤被捕获:

1. 注射后数秒内高流动性胶原蛋白分子在云母上的吸附
2. 通过被吸附的胶原分子的空间波动、相互作用和聚集而形成无序结构的成核
3. 通过胶原单体的附着以及小有核胶原聚集体的合并，纤维的生长表现出d带结构。

样品由陶金辉和吉姆·德·尤里奥提供，太平洋西北国家实验室。

DNA酶Lambda Digest DNA的裂解

DNase1是一种非特异性切割DNA的酶。在这里，Cypher VRS被用来监测DNase1对lambda digest DNA的作用。简单地说，DNA与MgCl结合在云母底物上₂缓冲液，并引入DNase。使用奥林巴斯AC10探头，以625 Hz的线速率和320×64像素在敲击模式下获得图像，帧率为8.7帧每秒(fps)。除了电影，我们选择了三个关键帧，间隔只有2.5秒。在第一张图(上图)中，可以观察到几条DNA链。在第二张图(中间)中，注意到dna酶结合在重叠的一条链上(圆圈)。在第三张也是最后一张图片(底部)中，这条线在结合点被切断了。

以2.4 fps捕获的CTAB半光镜的动态

在这个实验中，我们捕捉到了在2 mM CTAB溶液中形成的半圆柱形胶束在HOPG表面迁移的动力学。胶束通常是相当稳定的，所以我们灌注少量异丙醇来诱导动态。对于这些电影，我们以每秒2.4帧的速度获取图像(200×200像素)。为了更清晰地可视化动态，回放速率比采集速率快6倍。

Celgard聚丙烯膜在空气中以2.4 fps成像

聚己内酯聚合物薄膜在空气中以1.3 fps成像

DNA成像在1 fps双螺旋分辨率

氢氧化钾在9fps下对DNA的变性

使用典型的制备方法制备lambda文摘DNA样品用于AFM成像，其中DNA溶液(1 μg/µL λDNA在10 mM NiCl₂中)被允许吸附到新切割的云母圆盘上。样品装入Cypher VRS并准备成像。然后引入100mm氢氧化钾溶液，期望它能使DNA变性(即解开DNA双螺旋，形成单链DNA)。视频速率AFM成像立即开始使用Asylum Research Cypher VRS原子力显微镜，用Olympus AC10探针以每秒625行的速度扫描，扫描尺寸为160 nm，每行448个点，52行，有效帧率为9.19帧/秒。视频在这里实时播放(即1倍的采集速率)。

最初的图像帧显示了预期的完整的DNA结构，但与单链DNA对应的更细的链很快出现，通常似乎仍然连接到原始的DNA链。

在Asylum Research Cypher VRS原子力显微镜上以100 Hz和312×64像素成像，使用Olympus AC10探头，帧率为1.56 fps;播放:10倍采集速率(15.6 fps)