隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，生命科學(xué)開(kāi)始向定量科學(xué)方向發(fā)展。大部分實(shí)驗(yàn)的研究重點(diǎn)已經(jīng)變成生物大分子，特別是核酸和蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)及其相關(guān)功能的關(guān)系。
 

　　因?yàn)樵恿︼@微鏡的工作范圍很寬，可以在自然狀態(tài)(空氣或者液體)下對(duì)生物醫(yī)學(xué)樣品直接進(jìn)行成像，分辨率也很高。因此，原子力顯微鏡已成為研究生物醫(yī)學(xué)樣品和生物大分子的重要工具之一。
 

　　原子力顯微鏡應(yīng)用主要包括三個(gè)方面：生物細(xì)胞的表面形態(tài)觀測(cè);生物大分子的結(jié)構(gòu)及其他性質(zhì)的觀測(cè)研究;生物分子之間力譜曲線的觀測(cè)。
 

　　1、對(duì)生物細(xì)胞的表面形態(tài)觀察
 

　　原子力顯微鏡可以用來(lái)對(duì)細(xì)胞進(jìn)行形態(tài)學(xué)觀察，并進(jìn)行圖像的分析。通過(guò)觀察細(xì)胞表面形態(tài)和三維結(jié)構(gòu)，可以獲得細(xì)胞的表面積、厚度、寬度和體積等的量化參數(shù)等。
 

　　例如，利用AFM可以對(duì)感染病毒后的細(xì)胞表面形態(tài)的改變、造骨細(xì)胞在加入底物(鈷鉻、鈦、鈦釩等)后細(xì)胞形態(tài)和細(xì)胞彈性的變化、GTP對(duì)胰腺外分泌細(xì)胞囊泡高度的影響進(jìn)行研究。
 

　　利用AFM還可以對(duì)自由基損傷的紅細(xì)胞膜表面精細(xì)結(jié)構(gòu)的研究，直接觀察到自由基損傷，以及加女貞子保護(hù)作用后，對(duì)紅細(xì)胞膜分子形態(tài)學(xué)的影響。
 

　　2、生物分子間力譜曲線的觀測(cè)
 

　　對(duì)生物分子表面的各種相互作用力進(jìn)行測(cè)量，是原子力顯微鏡的一個(gè)十分重要的功能。這對(duì)于了解生物分子的結(jié)構(gòu)和物理特性是非常有意義的。
 

　　因?yàn)檫@種作用力決定兩種分子的相互吸引或者排斥，接近或者離開(kāi)，化學(xué)鍵的形成或者斷裂，生物分子立體構(gòu)像的維持或者改變等等。在分子間作用力的支配下，還同時(shí)支配著生物體內(nèi)的各種生理現(xiàn)象、生化現(xiàn)象、藥物藥理現(xiàn)象，以及離子通道的開(kāi)放或關(guān)閉，受體與配體的結(jié)合或去結(jié)合，酶功能的激活或抑制等等。
 

　　因此，生物分子間作用力的研究，在某種意義上說(shuō)，就是對(duì)生命體功能活動(dòng)中最根本原理的研究。這也為人們理解生命原理，提供了一個(gè)新的研究手段和工具。
 

　　將兩種分子分別固定于AFM的基底和探針尖上。然后使帶有一種分子的探針尖在垂直方向上不斷地接近和離開(kāi)基底上的另一種分子。這時(shí)，兩種分子間的相互作用力，就是二者間的相對(duì)距離的函數(shù)。這種力與距離間的函數(shù)關(guān)系曲線，稱之為力譜曲線。
 

　　利用原子力顯微鏡獲得的力譜曲線在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用：在探測(cè)一個(gè)細(xì)胞之后，根據(jù)所遇到的阻力，原子力顯微鏡就會(huì)賦予一個(gè)表明細(xì)胞柔軟度的數(shù)值。
 

　　研究人員發(fā)現(xiàn)，盡管正常細(xì)胞的硬度各有不同，但癌細(xì)胞比正常細(xì)胞要柔軟得多，所研究的胰腺、肺部和乳腺細(xì)胞均是如此。
 

　　一些腫瘤的細(xì)胞可能比另外一些更為堅(jiān)硬，那就意味著這些腫瘤惡化轉(zhuǎn)移的可能性較小，對(duì)病人的威脅也較小。利用原子力顯微鏡還可以研究不同藥物對(duì)癌細(xì)胞的影響。針對(duì)細(xì)胞用藥后，AFM可以觀察在藥物的作用下細(xì)胞的變化情況。這樣可以開(kāi)發(fā)出比當(dāng)前所用的藥物毒性更小、但同樣能夠阻止正常細(xì)胞發(fā)生癌變的藥物，以免因癌癥擴(kuò)散而危及生命。