原子力顯微鏡在生物大分子結(jié)構(gòu)研究中具有明顯優(yōu)勢，主要表現(xiàn)在:對樣品無需用重金屬包裹或者制作金屬復(fù)制物，可以在空氣或者各種溶劑體系中直接觀測，能夠在接近生理環(huán)境的條件下直接進(jìn)行研究，這是其它化學(xué)和物理分析方法所無法比擬的;通過控制成像操作力的大小，采用合適的成像模式不會(huì)引起樣品分子的漂移和損壞，圖像的可重復(fù)性大大提高;現(xiàn)場操作性好，能夠研究監(jiān)測整個(gè)生化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)過程;載體的選擇則更加簡單，范圍也更大。這些優(yōu)點(diǎn)已使AFM原子力顯微鏡成為這個(gè)領(lǐng)域的重要工具，并且具有很大的發(fā)展前景。
1、脫氧核糖核酸
自從Lindsay等頭次用原子力顯微鏡獲得脫氧核糖核酸的圖像以來，AFM原子力顯微鏡已經(jīng)成為研究核酸分子結(jié)構(gòu)的重要工具。1992年，Bustamante等用原子力顯微鏡在室溫和干燥空氣條件下得到可重復(fù)的質(zhì)粒DNA的圖像，圖像重復(fù)性良好并且分辨率達(dá)到分子級水平，可以清晰地觀測到三維環(huán)狀DNA分子的結(jié)構(gòu)，并可估算分子的寬度和高度。另外，Hansma等在丙醇體系中用輕敲式研究小片斷DNA和雙鏈DNA的分子結(jié)構(gòu)，得到分辨率2nm的高清晰度圖像。以上兩點(diǎn)是AFM原子力顯微鏡研究生物大分子的兩個(gè)重大突破。
2、蛋白質(zhì)
原子力顯微鏡在膜蛋白、游離的蛋白質(zhì)分子及結(jié)晶的蛋白質(zhì)等3個(gè)方面都有重要應(yīng)用。例如，可以用AFM原子力顯微鏡研究蛋白質(zhì)結(jié)晶的動(dòng)態(tài)過程，Z大的優(yōu)點(diǎn)是蛋白質(zhì)晶體在母液中的生長過程，可以在幾乎不受外界干擾下用圖像的方式記錄下來，用于研究大分子晶體生長的機(jī)制及一些相關(guān)現(xiàn)象。
3、多糖
由于多糖分子往往帶有支鏈，分子的均一性及線性不如DNA和蛋白質(zhì)好，相對而言得到的圖像的分辨率差一些，但是近年來這方面的發(fā)展很快，取得了很多進(jìn)展。具體表現(xiàn)為:用原子力顯微鏡觀測多糖分子的**結(jié)構(gòu);用AFM原子力顯微鏡觀測二維多糖網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并研究了多糖濃度及幾種離子在不同濃度下對凝膠網(wǎng)絡(luò)形成的影響;用原子力顯微鏡直接觀察以纖維素微纖維素為主體的植物細(xì)胞壁。
近來Kuznetso等用AFM原子力顯微鏡與計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)相結(jié)合的方法來研究蛋白質(zhì)晶體的空間結(jié)構(gòu)，這為研究DNA等生物大分子的空間三維結(jié)構(gòu)提供了重要啟示。盡管原子力顯微鏡的分辨率受到探針曲率半徑的制約，但由于其良好的性能，無疑將會(huì)在生物大分子結(jié)構(gòu)研究中發(fā)揮重要作用。