STM的基本原理是采用一根尖端磨得非常之細(xì)的鎢探針,可能只有一個(gè)原子的寬度(0.2nm),通過壓電控制裝置,是探針尖端在被檢測(cè)標(biāo)本的表面1-2nm范圍內(nèi)移動(dòng)。由于探針與標(biāo)本緊貼,以致探針尖端上那顆原子的電子云與標(biāo)本表面上被測(cè)原子電子云發(fā)生重迭。這時(shí)在探針尖端加一個(gè)小電壓,電子流就會(huì)通過隧道效應(yīng)穿過尖端與標(biāo)本間的空隙,產(chǎn)生一股微小的隧道電流。由于任何標(biāo)本的表面都不可能完全平面,這是因?yàn)闃?biāo)本表面的原子結(jié)構(gòu)所決定其具有一定的立體圖形。而隧道電流強(qiáng)度的大小主要取決于探針與標(biāo)本間距離的大小,如果距離增加0.1nm(即原子直徑的一半),隧道電流的強(qiáng)度則會(huì)降低90%。記錄這一隧道電流的變化,經(jīng)計(jì)算機(jī)處理,繪制成圖像,從而打開了多少年來人們夢(mèng)寐以求的直接觀察原子結(jié)構(gòu)的目標(biāo)。
STM一問世,生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域就迅速應(yīng)用于分子結(jié)構(gòu)的觀察。目前應(yīng)用STM不僅可以描繪出氨基酸分子中碳、氫原子的關(guān)系,而且已經(jīng)直接觀察到DNA鏈螺旋結(jié)構(gòu)的圖像、堿基對(duì)的精細(xì)結(jié)構(gòu)、螺旋的直徑為2nm、在十個(gè)堿基對(duì)3-4nm長(zhǎng)再一次螺旋重復(fù)等,這些激動(dòng)人心的發(fā)現(xiàn)無疑對(duì)生命的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)中迷,F(xiàn)狀的澄清提供了必備的條件,隨之而來的必將是一場(chǎng)新的變革性的飛躍。又比如對(duì)IgG結(jié)構(gòu)的觀察,STM可直接顯示Y型外形,兩個(gè)Gab端和一個(gè)Fc端及鉸鏈區(qū),Fab端長(zhǎng)8-9nm、寬5-7nm、Fc端長(zhǎng)12-14nm、寬6-7nm、在Fab及Fc端發(fā)現(xiàn)了小球形結(jié)構(gòu),在種小球結(jié)構(gòu)可能正是抗體的功能區(qū)。這對(duì)揭示免疫反應(yīng)機(jī)理的實(shí)質(zhì)又提供了獨(dú)特的方便之門。還有對(duì)細(xì)胞膜、質(zhì)膜的觀察等都在一個(gè)個(gè)層出不窮的新發(fā)現(xiàn)之中。
雖然STM問世才短短5年,但其在生物醫(yī)學(xué)上應(yīng)用的巨大潛力已明示在我們的面前,對(duì)人體疾病的探索從肉眼觀察的水平到光學(xué)顯微鏡觀察的細(xì)胞水平再到電子顯微鏡觀察的超微結(jié)構(gòu)水平的發(fā)展程中,每一步前進(jìn)雖然都帶來過一次飛躍,但我們?nèi)祟惷媾R著疾病的威脅還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到理想的征服水平。還有大量的臨床難題沒有解決,而這些難題的攻克遠(yuǎn)不是現(xiàn)有的認(rèn)識(shí)能力能夠達(dá)到的,還必需向更深一步的微觀世界進(jìn)行探索,因此,STM的廣泛應(yīng)用,使我們進(jìn)入到疾病的原子水平的認(rèn)識(shí)上,應(yīng)用這一把微觀世界的鑰匙,打開疾病中數(shù)不清奧妙大門的日子已經(jīng)離我們?cè)絹碓浇恕?/SPAN>