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纳米生物技术是纳米技术与生命科学的交叉,是在纳米尺度上形成的有关生命科学的纳米新技术和新方法,在分子、亚细胞和细胞水平上研究生物分子和细胞的行为和相互作用机制具有独特的优势。本文基于高分辨的原子力显微镜,结合量子点标记技术、激光扫描共聚焦显微镜和流式细胞仪等技术,以T细胞、DC细胞、黑色素瘤细胞B16-F10和细菌为研究对象,在纳米尺度下从不同角度研究T细胞、DC细胞、黑色素瘤细胞B16-F10和细菌的生物物理特性,即细胞形态结构、膜表面纳米结构、膜表面粘附特性、抗原-抗体间特异性相互作用力、膜表面受体分子分布模式等。主要获得了以下具有创新性的结果：1)完成了静息和活化阶段T淋巴细胞的纳米结构和生物力学特性的定性、定量分析。经PHA和SEA激活后的T细胞的直径、高度、体积、膜表面纳米颗粒的直径和平均高度均增大,细胞膜粗糙度增加,出现大小不一的颗粒状聚合物。经PHA或SEA刺激活化后T细胞的粘附力是静息状态时的3-6倍,T细胞经活化后硬度减小。这些可视化的数据有利于进一步认识T细胞结构与功能的关系。2)定性定量测量了树突状细胞(DCs)的膜纳米结构和生物力学特性,通过针尖修饰技术,利用AFM力曲线测量了DCs上的B7家族分子CD86与T细胞上的CD28分子之间的相互作用,研究表明共刺激分子CD28-CD86之间具有强烈的相互作用,其特异性的作用力是裸针尖和细胞之间非特异性粘附力的9倍左右。这些数据从纳米生物学的角度为T细胞活化第二信号的研究提供了新的数据支持。3)采用原子力显微镜在纳米尺度下对正常中性粒细胞与白血病细胞株K562细胞的表面形貌及细胞的硬度、粘附力进行定性定量分析。结果表明,K562细胞较正常中性粒细胞平均粗糙度大,AFM针尖与K562细胞之间非特异性粘附力与AFM针尖与中性粒细胞的非特异性粘附力相比降低了约30%,K562细胞比正常的中性粒细胞硬度约降低了70%,通过对细胞表面超微结构和力学特性的探测可以诊断慢性粒细胞白血病。4)通过平板菌落计数法测细菌的失活率,利用原子力显微镜(AFM)对抗生素和光敏剂作用后细菌的表面形貌及细胞的硬度、粘附力做了定性和定量分析。AFM图像和力谱显示无论是G+还是G-在阿莫西林作用下或者HMME的光动力作用下,都是细菌细胞表面受到严重损伤,细胞的机械性质发生改变,粘附力经阿莫西林或者HMME作用后明显增加,细胞硬度降低。AFM从形貌学和纳米机械性质上阐明了阿莫西林和HMME的抗菌机理。5)利用AFM可视化研究不同浓度的DTIC作用于B16-F10不同时间时细胞的膜纳米结构和生物力学特性的变化过程,探索该变化过程与肿瘤细胞的粘附、扩散和转移的关系,DTIC作用后膜纳米结构发生了明显的变化,膜表面颗粒聚集,出现孔洞,细胞表面粘附力和细胞的弹性降低。通过AFM针尖修饰CD44抗体、CD44抗体封闭技术、流式细胞仪和激光扫描共聚焦显微镜,得出膜纳米结构的改变也是DTIC抗黑色素瘤的一种机制,药物作用后CD44分子表达降低,CD44粘附分子是DTIC抗黑色素瘤的作用位点之一,CD44受体-配体之间的特异性相互作用力是裸针尖和细胞之间非特异性粘附力的约2倍,CD44分子以大小不一的纳米团簇或微结构域的形式非均匀的分布于B16-F10细胞表面,细胞边缘和细胞伪足处CD44分子较多,这与其功能相适应,CD44分子参与细胞伪足的形成,调节细胞的粘附和运动。综上所述,本文利用纳米生物技术从从细胞生物学和分子生物学角度对几种细胞和细菌的生物物理特性以及细胞膜分子进行了较为详细的研究分析,获得了大量有价值的实验数据与信息,为进一步研究T细胞介导的免疫反应与识别、抗菌药物的研发和机理的研究、抗肿瘤药物的研发和作用位点的研究提供了新的研究视角和思路。因此,AFM在纳米生物学领域的研究中将扮演不可或缺的角色。