作為制革原料的動物皮是一種復(fù)雜的生物組織，其特有的纖維編織結(jié)構(gòu)是皮革物理機械性能的基礎(chǔ)，制革工藝過程中的化學(xué)、機械和生物作用，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。動物皮中含量Z高的成分是膠原，膠原纖維具有多級結(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個膠原分子按照四分之一錯列排列，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，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測試結(jié)果比較。他們采用輕敲模式觀測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，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試時，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，然后在不同的時間間隔取樣于AFM原子力顯微鏡下檢測，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不僅可以觀測膠原纖維表面形貌，而且可以對膠原進行納米解剖，觀測膠原纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)形貌，進一步測試膠原的一些性能。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現(xiàn)了對單根膠原纖維的納米解剖，對內(nèi)部結(jié)構(gòu)直接成像。Strasser等不僅通過顯微解剖對牛皮膠原內(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，對膠原纖維外部和內(nèi)部的彈性性能進行了測試。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，可以看到膠原細纖維(Φ10～30nm)在云母表面鋪展排布較均勻。