分子之间的识别作用对于理解生理状态下分子的结构和功能具有非常重要的意义，可为研究细胞的生理过程、发病机制以及研发药物提供理论基础。基于原子力显微镜(AFM)的力谱测量能够在活细胞水平表征配受体识别、结合和解离的动力学，检测细胞应对外界环境刺激时相应的机械性质的变化。近几年，我们课题组发展了从离体到活细胞体系上单分子水平的相互作用测定方法，研究了药物作用的分子机理和细胞在不同刚度基底或外加配体等刺激下弹性模量的变化。在前人工作的基础上，本论文首先利用AFM单分子力谱法与荧光显微镜联用的技术，在活细胞水平上研究了活细胞表面配受体的相互作用，以及抗癌药物或香烟提取物对相应配受体结合的影响，揭示了抗癌药物Herceptin的作用机理以及吸烟诱发动脉栓塞疾病的可能途径。最后，我们将在基底上修饰蛋白的方法，发展到将植物悬浮细胞固定到玻璃片上，并且不影响细胞的生理活性，实现了AFM用于植物悬浮细胞的研究，并进一步利用AFM力谱技术研究了水溶性羧基化富勒烯对烟草悬浮细胞细胞壁成分的影响以及对整个细胞弹性模量的影响。本论文具体工作如下:　　 首先，在前人的基础上，我们利用AFM单分子力谱和荧光显微镜联用进一步研究了抗癌药物Herceptin的作用机制。关于Herceptin能否抑制HER2与其它受体的二聚化还存在争议，我们课题组之前的实验结果表明，Herceptin能够抑制HER2与HER3的二聚化过程。本论文中我们进一步研究了Herceptin对HER2和ErbB家族另一受体EGFR之间二聚化的影响，并与作用机理基本明确的HER2的另一单抗Pertuzumab对同样体系的作用效果相比较。Herceptin和Pertuzumab都是用于治疗HER2阳性肿瘤的单抗药物，它们与HER2胞外段的不同结构域相结合。Pertuzumab结合在HER2与其它受体的二聚化位点处，从而可通过抑制HER2的异聚来抑制ErbB信号通路的转导。Herceptin是否具有相似的作用，目前尚不清楚。我们发现这两种抗体对EGF-EGFR/HER2体系的影响是一致的，Herceptin和Pertuzumab均能抑制HER2对EGF-EGFR体系的受体协同增强作用，并且，EGF与EGFR单独作用时，复合物解离只需跨越一个能垒到达解离状态;而HER2共表达在膜表面时，形成的复合物则需跨越两个能垒，经过一个中间态到达解离状态;当加入药物Herceptin或Pertuzumab后，EGF-EGFR/HER2的复合物的动力学力谱变成与EGF-EGFR的力谱相似，且这两种药物的对该体系的作用非常相似。因此，我们推测，与Pertuzumab的作用机理类似，Herceptin通过空间位阻效应抑制了HER2与其它受体的二聚化，阻断下游信号的转导过程，进而起到了抗癌的作用，本论文工作为研究药物的作用机理提供了新的思路。　　 接着，我们利用AFM研究了吸烟诱发血栓的机理。本部分工作主要利用AFM-SMFS研究了香烟提取物(CSE)对抗凝因子血栓调节蛋白（TM）及其配体凝血酶(thrombin)之间相互作用的影响。离体和活细胞水平的结果均表明CSE能够明显降低TM和thrombin的结合几率。这一研究为吸烟可诱发血栓疾病提供了新的研究方法和证据。　　 受到将蛋白质修饰到硅片上的方法的启发，我们发展了将悬浮生长的植物细胞修饰到玻璃片表面的方法，该方法能够很好地将细胞固定到玻璃片表面，但是并不影响细胞的形貌和正常活性，可用于AFM在活细胞上的成像和测力实验，为AFM在悬浮细胞领域的应用奠定了基础。接下来，我们在将植物悬浮细胞固定化修饰的基础上，利用AFM力谱研究了水溶性羧基化富勒烯C70对BY-2细胞表面多糖N-乙酰葡糖胺表达量的影响。将该多糖的配体麦芽凝集素(WGA)修饰到AFM针尖上，测定了针尖与经过富勒烯衍生物胁迫后的细胞表面的多糖N-乙酰葡糖胺的结合强度以及结合几率，证实了经水溶性富勒烯胁迫后的细胞与正常细胞相比，其表面的N-乙酰葡糖胺的表达量明显增加。这为AFM用于悬浮细胞体系的研究开辟了新的途径。　　 最后，我们利用AFM测定了富勒烯衍生物(C70-FMAD)及其不同加成数的提纯物(DF70、TF70、QF70)对BY-2细胞弹性模量的影响，这些衍生物的碳笼表面具有不同数目的羧基基团。经过DF70、TF70胁迫的BY-2细胞，杨氏模量均有明显的降低。但是经过QF70处理的细胞，杨氏模量是增加的。相应的，DF70和TF70均不同程度地破坏了细胞的微丝结构，而QF70没有这种效果。同样，这些富勒烯衍生物对细胞弹性的影响与对细胞增殖速率的影响趋势是一致的。这部分工作为研究纳米材料对植物细胞的生物学效应提供了新的方法和重要的信息。