自1986年研制成功這種新型顯微鏡以來，原子力顯微鏡已在材料學(xué)、分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。原子力顯微鏡AFM的工作原理是：將一個(gè)微小作用力很敏感的微懸臂一端固定，另一端有一微小針尖，同距離有關(guān)的針尖一樣品間相互作用力(吸引力或排斥力)會(huì)引起微懸臂的形變，形變量的大小可作為樣品一針尖相互作用力的直接量度，由光學(xué)檢測法或隧道電流檢測法獲得。當(dāng)進(jìn)行掃描時(shí)，反射到檢測器的光電信號(hào)作為反饋信息使系統(tǒng)保持樣品和針尖相互作用力或距離的恒定，為此，負(fù)載樣品的壓電掃描器要隨樣品的形態(tài)變化不斷調(diào)整Z軸方向的位置，此時(shí)記錄每一點(diǎn)上高度的變化，通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理，即獲得樣品表面三維的形貌信息。

原子力顯微鏡在觀察細(xì)胞表面形態(tài)的同時(shí)可測得單個(gè)細(xì)胞的局域力學(xué)信息，如細(xì)胞的彈性、黏度等不僅可研究靜態(tài)的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，還可動(dòng)態(tài)地觀察細(xì)胞隨時(shí)問的生物學(xué)特性改變，同時(shí)具有納米級(jí)的空間分辨率和牛頓級(jí)的力學(xué)靈敏度，在細(xì)胞生物學(xué)方面發(fā)揮著無可替代的作用。利用原子力顯微鏡AFM測得的力一距離曲線反映了針尖與樣品間定量的作用力。采用金剛石探針，配備專用的軟件，原子力顯微鏡能夠測量微區(qū)的納米壓痕，據(jù)此繪制的力一位移曲線，可用于彈性模量的定量測量。

細(xì)胞的力學(xué)性質(zhì)主要取決于細(xì)胞骨架和細(xì)胞膜的黏彈性，當(dāng)外界條件改變時(shí)，細(xì)胞膜黏彈性的改變比細(xì)胞形態(tài)的改變更為明顯。原子力顯微鏡AFM常用Hertz模型測量多種細(xì)胞的楊氏彈性模量。Engler等測量了生物樣品和高分子薄膜基質(zhì)的彈性模量，平滑肌細(xì)胞的培養(yǎng)結(jié)果顯示：與天然動(dòng)脈血管中間層剛性近似的PA基質(zhì)能提高SMC細(xì)胞的鋪展面積，聚賴氨酸／透明質(zhì)酸多層膜也觀察到相同的結(jié)果，說明細(xì)胞的吸附鋪展與材料的剛性有相關(guān)性。

由于原子力顯微鏡的分辨率高、獲取信息種類多以及制樣簡便、可在生理?xiàng)l件下操作等優(yōu)勢，已經(jīng)成為組織工程研究中不可或缺的工具，但是對于紛繁復(fù)雜的生命系統(tǒng)，單一設(shè)備畢竟功能有限，要與其它設(shè)備或技術(shù)手段如近場顯微鏡、電子顯微鏡、激光共聚焦顯微鏡、熒光顯微技術(shù)、X一射線衍射、抗體標(biāo)記、表面干涉等有機(jī)結(jié)合，原子力顯微鏡AFM才能更有效地發(fā)揮其作用。隨著原子力顯微鏡的發(fā)展，如針尖技術(shù)的改進(jìn)，分辨率的提高，以及與其它設(shè)備的結(jié)合，在組織工程領(lǐng)域?qū)l(fā)揮更大的作用。