作為制革原料的動(dòng)物皮是一種復(fù)雜的生物組織，其特有的纖維編織結(jié)構(gòu)是皮革物理機(jī)械性能的基礎(chǔ)，制革工藝過程中的化學(xué)、機(jī)械和生物作用，就是通過適度改變其組織結(jié)構(gòu)并由此決定成革的性能和質(zhì)量。動(dòng)物皮中含量Z高的成分是膠原，膠原纖維具有多級(jí)結(jié)構(gòu)，膠原*基本單位是膠原分子，是由3條左旋α肽鏈構(gòu)成的右手螺旋分子，直徑1．5nm，長約280nm，5個(gè)膠原分子按照四分之一錯(cuò)列排列，并通過首尾重疊部位相互交聯(lián)形成微原纖維，直徑約為8nm，微原纖維進(jìn)一步形成直徑為30nm到500nm不等的原纖維，原纖維排列形成基礎(chǔ)纖維和纖維束。原子力顯微鏡使得人們可以直觀觀察到膠原的細(xì)微結(jié)構(gòu)。根據(jù)制樣方法的不同，我們這里把樣品分為2類，原生膠原纖維和再生膠原纖維，前者是指從動(dòng)物體上取下的組織，經(jīng)過去肉、脫脂等步驟，直接用于AFM原子力顯微鏡觀測(cè)，后者是指經(jīng)過酸法、堿法或酶法分離提取出的膠原溶液，再經(jīng)過一系列的處理制得的樣品。

Revenko等用原子力顯微鏡觀測(cè)了原生的鼠尾跟腱膠原纖維和再生的鼠尾跟腱膠原纖維，并與TEM、SEM測(cè)試結(jié)果比較。他們采用輕敲模式觀測(cè)到的原生膠原纖維寬度約為200nm，D周期為69nm，明暗帶之間高度差為16nm;重組的膠原纖維寬約90～130nm，D周期67nm，明暗帶間高度差為4nm。與電鏡結(jié)果比較，AFM原子力顯微鏡的橫向分辨率(XY方向)接近SEM，不如TEM，但是原子力顯微鏡具有Z方向分辨率高的優(yōu)勢(shì)，能夠獲得明暗周期高度差。Baselt等用AFM原子力顯微鏡研究了原生鼠尾膠原纖維和再生牛皮膠原纖維的形態(tài)，得到類似的結(jié)果，原纖維D周期為60～70nm，明暗帶間的高度差隨原纖維的粗細(xì)由5到15nm不等，與TEM的結(jié)果相似，還發(fā)現(xiàn)在明帶中有1nm深的小暗帶;當(dāng)將膠原纖維浸入水中測(cè)試時(shí)，D周期等結(jié)構(gòu)不再明顯。

利用原子力顯微鏡可以觀察膠原纖維的順序自組裝過程。Gale等先制備了膠原溶液，然后在不同的時(shí)間間隔取樣于AFM原子力顯微鏡下檢測(cè)，觀察到牛皮膠原從膠原分子(直徑1～2nm，長300～500nm)到微原纖維(直徑2～6nm、長大于10μm，D周期約67nm)，再到原纖維(D周期約67nm)的順序自組裝過程。Cisneros等用原子力顯微鏡追蹤了牛皮膠原的自組裝，提出膠原分子間先相互聚集成低聚物，然后重新排列組裝成微原纖維的推論。

AFM不僅可以觀測(cè)膠原纖維表面形貌，而且可以對(duì)膠原進(jìn)行納米解剖，觀測(cè)膠原纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)形貌，進(jìn)一步測(cè)試膠原的一些性能。Wen等在獲得FLS(長間距片段)型膠原纖維的表面形貌之后，利用原子力顯微鏡實(shí)現(xiàn)了對(duì)單根膠原纖維的納米解剖，對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)直接成像。Strasser等不僅通過顯微解剖對(duì)牛皮膠原內(nèi)部結(jié)構(gòu)清晰成像，并且利用AFM原子力顯微鏡記錄力—距離曲線，對(duì)膠原纖維外部和內(nèi)部的彈性性能進(jìn)行了測(cè)試。其結(jié)果顯示:牛皮膠原原纖維高度為30nm，寬度為270nm，呈現(xiàn)清晰的明暗交替周期約78nm的條紋，解剖的深度約為原纖維高度的一半，纖維內(nèi)部與外部的條紋結(jié)構(gòu)相吻合，周期一致，彈性測(cè)試結(jié)果表明，原纖維內(nèi)部與外部的楊氏模量相同，但是內(nèi)部的黏度高于外部。

鑒于原子力顯微鏡可以在納米尺度直接觀察膠原的形態(tài)結(jié)構(gòu)，所以近年也用于對(duì)提取膠原的形貌結(jié)構(gòu)表征和鑒定，如:劉蘇銳等用酶法提取豬皮膠原，在AFM原子力顯微鏡下觀察其為300nm長、15nm寬的纖維，由此推斷提取的豬皮Ⅰ型膠原結(jié)構(gòu)未破壞。我們課題組采用酶法提取的牛跟腱I型膠原的原子力顯微鏡圖像，可以看到膠原細(xì)纖維(Φ10～30nm)在云母表面鋪展排布較均勻。