近年来，单分子力学的研究已经成为生物物理的热点问题之一。单分子的力学性质(柔性、弹性)的研究将有助于揭示其结构与功能之间的动力学规律，有助于理解柔软分子之间相互作用的机制，从而揭示其潜在的生物学特别是遗传学上的意义。而且生物大分子是很好的天然纳米材料，单分子力学性质的研究有助于精确设计纳米器件的组装和连接，并将直接影响纳米器件的工作性能。　　 开展单分子力学研究首先需要研究和发展新的单分子纳米技术和方法。本实验室近年来发展了振动模式扫描极化力显微镜(VSPFM)，并初步建立了基于VSPFM的单个生物大分子局域弹性(压缩特性)的测量方法。本论文一方面继续研究和发展开展单分子局域力学性质研究的相关技术方法，努力实现规范化和标准化的高精度定量测量，同时选择具有典型研究意义的柔软分子深入开展单分子局域弹性(压缩特性)研究。　　 本论文的主要研究内容和进展包括：(1)发展、建立和规范了单个生物大分子局域弹性测量的样品制备方法。样品制备在原子力显微镜(AFM)研究中是非常关键的一步，制备单个分散的、无杂质污染的生物大分子样品对单个生物大分子的弹性测量尤其重要。本工作发展了一种新的制样方法——多步旋涂法，规范了样品制备步骤，成功地在几种不同性质的常用衬底上[包括裸云母、高序热解石墨(HOPG)和镍离子修饰的云母]制备了理想的DNA样品；此外，还用此方法成功地解决了在AFM研究中一直未很好解决的黄原胶(一种最重要的生物多糖分子)的样品制备问题。这为深入和广泛开展单个生物大分子的压弹性的研究奠定了基础。(2)研究了衬底表面性质对单个生物大分子形貌和压弹性测量的影响，包括：(a)研究了衬底对单个DNA分子和黄原胶分子的形貌影响，发现衬底的亲/疏水性对单个DNA分子和单个黄原胶分子的形貌产生了显著影响。在疏水的HOPG表面，DNA分子的高度明显低于其在亲水性衬底(裸云母和镍离子修饰的云母)上的高度；在呈负电性、亲水的裸云母表面，黄原胶分子的高度大于其在亲水的、正电性的修饰过的云母表面和呈电中性的疏水的HOPG表面的高度。在论文中，本文作者对产生这些结果的机理进行了探讨分析。(b)在研究衬底对单个生物分子形貌影响的基础上，进一步研究了衬底对单个生物大分子小力区(＜0.5nN)的压缩弹性测量影响(生物分子的许多功能与其在小力区的弹性相关，因此，本文作者重点考虑了衬底对生物大分子在小力区的弹性测量影响)。研究表明衬底的亲/疏水性对DNA分子的径向压缩性质无显著影响；然而，在亲水衬底上，出现的不明污染物和黄原胶分子本身的粘性导致不能利用VSPFM对其弹性进行正常测量，但是，在HOPG表面上可以对其弹性进行正常测量。除了研究了衬底表面性质对单个生物大分子形貌和压缩弹性测量的影响之外，需要强调指出本部分工作对压弹性研究中使用衬底范围的拓展大大提高了压弹性研究在生物大分子中的应用范围。在本研究中选择合适的衬底将压弹性研究拓展到了具有重要研究意义的生物多糖一黄原胶。此外，在本部分工作中本文作者还在以前的基础上对压弹性的测量过程作了规范。(3)在解决上述基本问题的基础上，本文作者对两种新合成的在生物学和纳米材料学中具有重要意义的新型大分子-poly(dG)-polydC)和G4-DNA分子的径向压缩弹性进行了测量。实验数据显示，当压力小于0.1 nN时，两种分子的弹性没有差别，当压力大于0.1 nN时，G4-DNA分子与poly(dG)-polydC)的弹性差异逐渐显露出来，G4-DNA分子的弹性模量较高。通过实验提供的这两种分子的力学性质数据不仅可以为将来解释其生物学和材料学性质提供重要的参考，而且还发现当压力小于0.1 nN时，这两种不同结构的分子的力学特性曲线与结构本身无明显关联。(4)在发展样品制备方法过程中，本文作者还对发现的新现象做了深入研究。在实验中发现，利用多步旋涂制样法，在一定操作条件下可以使吸附在HOPG表面的DNA分子沿HOPG晶格有序化重排形成三重对称图形或使其形成环状图形。本文作者建立了理论模型对此现象作了分析和解释。DNA分子在HOPG表面图形的形成是一种全新的现象，它揭示了一种以前研究中未发现的生物大分子与衬底及外力共同作用下的纳米尺度上的吸附和运动行为。这为当前的研究热点—-DNA分子纳米图案制造提供了一种新的方法；同时，通过分析DNA分子的运动，为揭示固-液边界层中分子在纳米尺度上的运动规律提供了新的研究思路和有价值的信息。