src/apparatus/afm.tex

   1 \section{Instrumentation}
   2 \label{sec:afm}
   3
   4 Of the mechanical manipulation methods listed in
   5 \cref{sec:single-molecule}, AFM is the most widely used due to the
   6 availability of user-friendly commercial instruments.  AFM has been
   7 employed on several types of biological macromolecules, mechanically
   8 unfolding proteins\citep{carrion-vazquez99a} and forcing structural
   9 transitions in DNA\citep{rief99} and polysaccharides\citep{rief97a}.
  10
  11 An AFM\index{AFM} uses a sharp tip integrated at the end of a
  12 cantilever to interact with the sample.  Cantilever bending is
  13 measured by a laser reflected off the cantilever and incident on a
  14 position sensitive photodetector (\cref{fig:afm-schematic}).  When the
  15 bending force constant of the cantilever is known\citep{levy02}, the
  16 force applied to the sample can be calculated.
  17
  18 \begin{figure}
  19   \asyinclude{figures/schematic/afm}%
  20   \caption{Operating principle for an Atomic Force
  21     Microscope\index{AFM}.  A sharp tip integrated at the end of a
  22     cantilever interacts with the sample.  Cantilever bending is
  23     measured by a laser reflected off the cantilever and incident on a
  24     position sensitive photodetector.\label{fig:afm-schematic}}
  25 \end{figure}
  26
  27 % really, AFM can do this ;)
  28 The forces that can be applied and measured with an AFM range from
  29 tens of piconewtons to hundreds of nanonewtons.  The investigation of
  30 the unfolding and refolding processes of individual protein molecules
  31 by the AFM is feasible because many globular proteins unfold under
  32 external forces in this range.  Since elucidating the mechanism of
  33 protein folding is currently one of the most important problems in
  34 biological sciences, the potential of the AFM for revealing
  35 significant and unique information about protein folding has
  36 stimulated much effort in both experimental and theoretical research.