在单分子水平上，机械力诱导的生物大分子机械变形及其结构构象改变是如何影响和调控与此分子相关的特定生化过程是生物化学以及生物物理等多个领域所共同关注的一个非常基础而又有重要意义的科学问题。过去二十年里，随着几个主要的纳米操纵技术及其相关仪器--例如：原子力显微镜、光镊、磁镊、单分子荧光显微镜等--的快速发展，对单个生物大分子精确施加一个机械力作用的同时，精确定量检测与其相关的生化过程已经成为可能。本论文选择人们非常关注的生物大分子单分子酶切生化反应作为研究对象，通过相关纳米操纵技术对其在机械力诱导下的单分子表面生化过程进行了系统研究。　　 首先，基于纳米操纵技术和原子力显微镜重定位成像技术本论文在表面上建立了一种能直接实现可视化定量研究DNA单分子表面生化过程的实验新方法。同时，以非特异性脱氧核糖核酸酶I(DNase I)为例，利用此实验新方法实现了体外检测对DNase I与单个Lambda DNA分子的表面生化作用的可视化观察。这一方法的建立为进一步精确定量研究和解析机械力诱导的单个DNA分子逐渐被酶切降解的多个识别位点的生化反应动力学过程提供了可能，对于在单分子水平上的生物大分子之间多次反复相互作用的研究体系具有代表性意义。　　 随后，针对酶/蛋白质-DNA相互作用的研究体系，外加机械力拉伸DNA分子如何对单分子酶切生化反应发生影响以及随后导致其动力学过程变化对于研究生物体系的机械生化过程有着重要的生物学意义。基于实验室长期发展的特色纳米操纵技术，本论文研究了机械力对一个生化反应的活化作用。实验结合“多步的改进的动态分子梳”纳米操纵技术，系统地研究了在APTES-mica衬底表面上不同拉伸程度的pBR322/pst I DNA与非特异性的内切酶DNase I相互作用的机械力诱导单分子酶切生化过程，并结合AFM重定位成像技术对不同拉伸程度DNA分子生化反应前后的酶切缺口进行统计分析，得到在从0.8到1.4拉伸范围内表面DNase I生化反应速率变化的动力学信息，从而发现了在小力区适度拉伸的范围内随着DNA分子拉伸度增加DNase I酶切降解反应速率存在显著的机械活化增强现象。同时，初步的分子动力学模拟也显示小力区适度拉伸的DNA结构构象改变与DNase I酶切降解生化反应动力学过程的机械活化增强现象有着十分密切的相关性。该工作提示了一种不仅仅依赖序列而通过机械力作用使DNA结构构象改变进而影响其生物学功能的潜在机械力诱导作用机制。　　 此外，基于实验室发展的分子手术自动化切割DNA纳米操纵技术，以及上述单分子表面机械生化过程研究体系，从物理生物学角度来说，是否一个生物酶能够识别和进一步作用于一个AFM探针针尖机械力诱导的DNA缺口末端，尤其当这个生化反应在表面上发生的时候，目前还不是十分清楚，是一个十分有意义的生物学问题。本论文结合原子力显微镜原位成像以及重定位成像系统研究了在APTES-mica衬底表面上BAL31 Nuclease识别和酶切降解AFM探针针尖机械力诱导DNA的缺口末端和可能的损伤的概率，用基于AFM的纳米操纵技术和单分子研究方法，得出了BAL31核酸酶对其可以有效识别并且继续正常酶切降解表面生化反应的初步结论。该工作为进一步地深入研究机械力诱导的DNA定位损伤和修复的表面机械生化反应过程提供了一个基本的研究思路。　　 本论文对单分子纳米生物学发展和深入研究基因遗传、序列分析等生物学问题及其相关生物工程技术而言，给出了部分的参考信息。