原子力显微镜因具有高分辨、高灵敏以及能在近生理条件下成像的优点在生物学领域的研究中得到了广泛的应用。原子力显微镜不仅能够用于表征样品表面的形貌特征,还能用于定量测定生物分子间的相互作用、识别和定位细胞表面特定分子以及测量细胞力学性能等。本论文基于原子力显微镜开展了以下几个方面的研究:1.基于原子力显微镜单分子力谱技术研究了甲基化CpG结合蛋白2（MeCP2）的甲基结合域MBD与甲基化DNA之间的相互作用。通过单分子力谱实验,在单分子水平上得到了 MeCP2结构域MBD和甲基化DNA分子间相互作用力的大小,并通过测定不同载入速率下分子间相互作用力,获得了 MeCP2结构域MBD与甲基化DNA相互作用形成的复合物在解离过程中的相关动力学参数信息。另外,对比了 MeCP2结构域MBD分别与甲基化DNA、半甲基化DNA和非甲基化DNA分子间的相互作用,得出MBD与甲基化DNA分子间具有较强的相互作用,表明MBD对DNA分子上对称的甲基-CpG位点具有特异性识别作用。本工作为探究MeCP2介导的甲基化信号的分子机制提供了新的认识。2.基于原子力显微镜单分子力谱和Force-Volume识别成像技术研究了细胞程序性死亡配体1（PD-L1）和PD-L1抗体以及细胞程序性死亡受体1（PD-1）在基底和细胞上的相互作用。通过单分子力谱实验,分别获得了 PD-L1/PD-L1抗体复合物和PD-L1/PD-1复合物解离力的大小以及动力学参数信息,结果表明PD-L1与PD-1之间的相互作用强于PD-L1与PD-L1抗体。通过Force-Volume识别成像技术,在单细胞水平上获得了干扰素-γ（IFN-γ）作用前后T24细胞表面PD-L1的表达和分布情况,结果表明IFN-γ能够上调PD-L1在T24细胞表面的表达,但不影响PD-L1与PD-1或PD-L1抗体分子间相互作用力的大小。本工作进一步揭示了 PD-L1和PD-1以及PD-L1抗体分子间相互作用的分子机制,并量化了肿瘤细胞表面PD-L1的表达,对肿瘤免疫治疗的预测和诊断具有重要的意义。3.基于原子力显微镜成像及定量纳米力学测量技术研究适配体修饰的聚多巴胺包覆的金纳米粒子（Au@PDA-Apt）对淀粉样蛋白Aβ1-40的作用以及对神经细胞形貌和力学性质的影响。通过原子力显微镜成像及一系列体外实验得到Au@PDA-Apt纳米粒子不仅能够抑制Aβ1-40蛋白聚集,而且对已经形成的Aβ1-40纤维具有解聚作用。细胞实验进一步表明Au@PDA-Apt纳米粒子具有良好的细胞相容性,可以有效清除Aβ1-40聚集体在细胞内产生的活性氧,对PC12细胞具有一定的保护作用。另外,AFM定量纳米力学成像表明Au@PDA-Apt纳米粒子能够有效防止Aβ1-40蛋白聚集对PC12细胞形貌及杨氏模量产生的影响。本工作为靶向Aβ蛋白治疗阿尔兹海默病提供了一种潜在的纳米药物,并拓宽了原子力显微镜在评估纳米药物作用效果中的应用。