2．原子力显微镜的工作模式
原子力显微镜的工作模式是以针尖与样品之间的作用力的形式来分类的。主要有以下3 种操作模式:接触模式(contact mode) ，非接触模式( non - contact mode) 和敲击模式( tapping mode) 。
2．1接触模式
从概念上来理解，接触模式是AFM最直接的成像模式。 正如名字所描述的那样，AFM 在整个扫描成像过程之中，探针针尖始终与样品表面保持亲密的接触，而相互作用力是排斥力。 扫描时，悬臂施加在针尖上的力有可能破坏试样的表面结构，因此力的大小范围在10 - 10～10 - 6 N。 若样品表面柔嫩而不能承受这样的力，便不宜选用接触模式对样品表面进行成像。
2．2非接触模式
非接触模式探测试样表面时悬臂在距离试样表面上方5～10 nm 的距离处振荡。 这时，样品与针尖之间的相互作用由范德华力控制，通常为10 - 12 N ，样品不会被破坏，而且针尖也不会被污染，特别适合于研究柔嫩物体的表面。 这种操作模式的不利之处在于要在室温大气环境下实现这种模式十分困难。因为样品表面不可避免地会积聚薄薄的一层水，它会在样品与针尖之间搭起一小小的毛细桥，将针尖与表面吸在一起，从而增加尖端对表面的压力。
2．3 敲击模式
敲击模式介于接触模式和非接触模式之间，是一个杂化的概念。 悬臂在试样表面上方以其共振频率振荡，针尖仅仅是周期性地短暂地接触/ 敲击样品表面。 这就意味着针尖接触样品时所产生的侧向力被明显地减小了。 因此当检测柔嫩的样品时，AFM的敲击模式是最好的选择之一。一旦AFM开始对样品进行成像扫描，装置随即将有关数据输入系统，如表面粗糙度、平均高度、峰谷峰顶之间的最大距离等，用于物体表面分析。 同时，AFM 还可以完成力的测量工作，测量悬臂的弯曲程度来确定针尖与样品之间的作用力大小。
2．4 三种模式的比较
接触模式（Contact Mode）：
优点：扫描速度快，是唯一能够获得“原子分辨率”图像的AFM垂直方向上有明显变化的质硬样品，有时更适于用Contact Mode扫描成像。
缺点：横向力影响图像质量在空气中，因为样品表面吸附液层的毛细作用使针尖与样品之间的粘这力很大横向力与粘着力的合力导致图像空间分辨率降低，而且针尖挂擦样品会损坏软质样品（如生物样品，聚合体等）。
非接触模式（Non-Contact Mode）：
优点：没有力作用于样品表面。
缺点：由于针尖与样品分离，横向分辨率低；为了避免接触吸附层而导致针尖胶粘，其扫描速度低于Tapping Mode 和 Contact Mode AFM。通常仅用于非常怕水的样品，吸附液层必须薄，如果太厚，针尖会陷入液层，引起反馈不稳，刮擦样品。由于上述缺点，on-contact Mode的使用受到限制。
轻敲模式（Tapping Mode）：
优点：很好的消除了横向力的影响。降低了由吸附液层引起的力，图像分辨率高，适于观测软、易碎、或胶粘性样品，不会损伤其表面。
缺点：比Contact Mode AFM 的扫描速度慢。
3 AFM 在生物学研究中的应用
3．1 核酸
3．1.1 脱氧核糖核酸(DNA)
第一幅DNA 的AFM 图是在接触模式常温大气条件下获得的。早期曾将DNA 分子水溶液或缓冲液沉积在云母基底上，晾干后成像 。后来，为了增强带负电荷的DNA 和云母基底间的相互作用力，在DNA 样品中加入一些二价阳离子，如Mg2+ 、Ni2+ 和Zn 2+ 等 ，DNA 样品滴加在云母表面结合一段时间再用水冲洗干净，晾干后成像。随着AFM 技术的不断发展，液相条件成像技术应运而生，因为液相条件下成像消除了毛细作用力、针尖粘滞力，更重要的是可以在接近生理条件下考察DNA 的单分子行为。液相AFM 面临的一个主要困难是DNA 分子在缓冲溶液或水溶液中与基底结合不紧密，为了解决这个问题，人们先是在各种醇溶液如丙醇溶液中考察DNA 分子的行为，以便减少毛细作用力和针尖对DNA 分子的粘滞力，但醇溶液不是DNA 分子的生理环境体系，会使DNA 分子发生聚集。人们又尝试硅烷化试剂，如3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)和阳离子磷脂双层修饰的云母基底固定DNA 分子，再在缓冲液中利用AFM 成像。在气相条件下阳离子参与DNA的沉积已发展较为成熟，适于AFM 考察。在液相条件下，APTES 修饰的云母基底较常用。目前DNA的许多构象诸如弯曲、超螺旋、小环结构、三链螺旋结构、DNA 三通接点构象、DNA 复制和重组的中间体构象、分子开关结构和药物分子插入到DNA 链中的相互作用都广泛地被AFM 考察，获得了许多新的理解。我们在DNA分子的固定、展开和集缩方面也开展了一些有益的探索。AFM力谱技术也被应用到DNA的考察之中。Krautbauer 等利用AFM 单分子力谱技术系统研究了人工和天然短链的DNA 分子的开链行为。研究表明，利用AFM 单分子力谱技术可以分辨10 个碱基对的特定相互作用力的变化情形。Schaumann 小组更是利用此技术检测到了单碱基突变引起的不同作用力 ，为定量表征和解释DNA 单个序列提供了非常有价值的热力学模型。
