本實驗室過去曾以導電模組原子力顯微術(Conductive Atomic Force Microscopy 簡稱 C-AFM) [1] 對鐵蛋白(Ferritin，簡稱 FT) [2]與缺 鐵鐵蛋白(Apoferritin，簡稱 apoFT)的影像與結構進行分析，也以磁性 模組原子力顯微術(Magnetic force microscopy 簡稱 MFM) [3]證明鐵蛋 白中的鐵核存在與否會對成像造成影響。在此，本論文利用力曲線分 析法(Force Curve)加以驗證鐵蛋白與缺鐵鐵蛋白的結構差異。
鐵蛋白是生物體內常見的一種儲鐵蛋白，如圖 1-1[4]所示，分子量
圖 1-1 FT 的結構構型，其中心核的組成為[FeO(OH)]8[FeO(H2PO4)]。
自從 Binning 與 Rohrer 在 1980 年初發明掃描式穿隧顯微術 (Scanning Tunneling Microscopy, STM)後[7-8]，人類便可以直接觀測到 表面原子影像，掃描式探針顯微鏡(Scanning Probe Microscopy, SPM)
[9-10]的技術發展也從此突飛猛進，為人類開闢一扇新的視野。由於
STM 主要藉由測量穿隧電流成像，所以樣本須是導體。為了免除此 一限制，Binnig、Quate 和 Gerber 於 1985 年發明原子力顯微鏡[11]， 藉由探針針尖與樣本間作用力所引起的懸臂形變獲得樣本表面形 貌。目前以 AFM 為基礎發展出來相關技術與功能日新月異，如圖 1-2 所示：
圖 1-2 常見 SPM 之分類與功能。
AFM 之能成像主要是探針掃描表面時，可因機械接觸力、凡得瓦 爾力、毛細現象、靜電力，磁力而使探針產生偏移。若將探針尖端與 待測物比喻為兩個原子，兩者間的作用力便會隨距離變化而變化，如 圖 1-3 [12]所示。當原子與原子極為接近時，兩原子電子雲間的斥力將 大於原子核與電子雲間的吸引力，原子間的淨力便為斥力，反之，若 原子間的距離稍微疏遠時，電子雲間的作用力將逐漸小於原子核與電 子雲間的吸引力，系統的淨力將成為引力。以能量觀點而言，這種原 子間的能量與距離的函數可以 Lennard-Jones potential [13]公式說明 之，即
Epair(r) = 4ε[(σ/r)12-(σ/r)6] 式 1-1 其中σ為原子半徑，r 為兩原子間距離，ε為介電常數。
根據操作模式，原子力顯微鏡多以接觸式(contact mode)、非接觸 式(non-contact mode)與輕敲式(tapping mode)等三種模式進行影像分 析。事實上，導電模組也是另一可行方式。若在樣本影像掃瞄時對探 針或樣本施加電壓，則可依據導電度高低獲得樣本表面形貌。
此上述方式之外，磁性模組原子力顯微術也可藉以進行影像分 析。當磁性探針感受到樣本所具有的磁場時，二者間的引力或斥力可 使懸臂振盪振幅產生變化，因此可藉由所衍生的相位差或頻率變化進 行成像，如圖 1-4[14]所示。
圖 1-4 磁性模組原子力顯微術掃描示意圖。
相對於前述成像法，AFM 顯微術下的力曲線分析法則可藉由接觸 式模式，探討探針與樣本間的引力差異，其操作方式如圖 1-5[15]所示，
其中掃描器僅做 z 軸上下運動。當探針與樣本距離接近至某一程度 時，樣本上之水層薄膜會因毛細現象產生一吸引力，使懸臂下彎，所 記錄到的懸臂偏移曲線呈下降狀。當探針與樣本接觸後，掃描器繼續 下降，懸臂的斥力逐漸增大，此時懸臂偏移曲線呈上升狀。當掃描器 開始上升時，懸臂的受力隨之下降。若掃描器繼續上升，至彈性恢復 力大於吸附力，懸臂會彈離樣本表面，回復至原先狀態[16-17]。據此，
便可藉以分析樣本與探針間的交互作用大小。本論文便是依據這些方 法，對 FT 與 apoFT 進行結構差異分析。
圖 1-5 力曲線圖(左)與探針與樣本位置關係圖。