纳米操纵技术是本世纪最有发展前景的技术之一,它是通过对操控对象的定位和控制实现纳米测量和制造的一种新技术,其应用广泛,包括电子学、材料科学、生物医学等几乎所有的科技领域。在该技术领域中,原子力显微镜(AFM)以其较高的分辨率并可获得样品三维图像的独特优势,可以解决光学显微镜、电子显微镜等其他显微技术无法解决的问题而备受关注,对纳米生物医学的研究具有特殊的贡献,如在纳米尺度上对生物样品的研究,在生理环境下对生物单分子结构的精准操纵等。同时,AFM还可以通过精准控制实现生物力学及操纵领域的应用,这些将为进行生物大分子及大分子间力学参数研究提供可靠的信息。在生物大分子中,由于DNA分子包含有生物的遗传信息,而成为备受关注的典型大分子,是生物分子学中重要的研究对象。通过对DNA分子操纵的研究,人们可以获得许多重要细节的信息,例如力学信息、序列信息、电学信息等。因此,采用显微操纵技术对DNA分子进行操纵,对于在纳米层次上直接探究生物分子的活动,揭示各种重要生命过程的本质,完成DNA分子的定点编辑,促进新一代医疗技术的开发以及各种疾病的治疗等都具有重大而深远的意义。本论文首先分析了纳米操纵技术的国内外研究现状,介绍了课题的研究意义、基于原子力显微技术的DNA分子显微成像、操纵系统的工作原理、系统组成、成像模式及应用等,研究了采用不同修饰液修饰云母衬底吸附的DNA分子在液相和气相环境中的高分辨成像方法、通过电场调控实现了DNA分子分布的控制、并建立了相应的力学模型,最终完成了对DNA分子的操纵、拉伸及定点切割。用电场控制DNA分子的伸展/拉伸,在纳米尺度上实现DNA分子的定点力切割和酶切割,将为后续DNA分子的精准测序和定点编辑以及纳米材料和器件的开发奠定坚实的基础。