原子力显微镜技术(atomic force microscopy，AFM)是一种表面超微精细结构及物化特性表征的有力工具。与现有的其他显微工具相比，AFM以其纳米级的高分辨率、制样过程简单易行和操作简便直观等特点而备受关注，作为新兴的表面表征手段，AFM近些年在生命科学，特别是在生物大分子研究领域，取得了丰富的研究成果，极大地推动了微纳米生物科技的发展。本工作尝试在现有的原子力显微镜和研究课题的基础上建立一套完整的线粒体研究体系。 论文共分为六章：第一章，主要介绍了原子力显微镜的基本原理、方法学和特点，并分别综述了原子力显微镜在生物样品(细胞、细胞器、生物大分子等)表面结构和物化性质(电荷、磁畴、超微力学等)表征中的应用。 第二章，针对原子力显微镜在生物学检测中的应用，设计了一系列试验，根据AFM的特点，对生物样品制样基底、扫描器类型和工作模式、探针的构造与属性、缓冲液的选择及其可能对生物样品造成的赝像进行了研究和探讨。 第三章，在詹纳斯绿B(Jenus Green B)染液染色和透射电子显微镜分析的协助下对线粒体提取物的类型进行了确认，深入探讨了线粒体的原子力显微镜制样方法，成功地实现了对该细胞器的实时观察和确认，并分析总结了线粒体表面的形态学特征。 第四章，用非常成熟的线粒体ATP合成酶提取方法对该酶的主要单元进行了分离纯化，并在此基础上对其各种分离物进行了原子力显微镜成像，获得了清晰的结构细节，ATP合成酶主要由两部分组成(F1和F0)，平面统计高度为60±20nm，横向尺度为30±5nm；发现F1颗粒中心内区域存在一凸起结构，可能是“Fussy Cap”区域，其直径约为5nm。组装在磷脂膜上的F0大多呈直径为25±2nm的中空环状，高分辨图像显示该环由8-12个亚单元组成。 第五章，对DNA分子的初始高度进行了界定，得到DNA分子的初始高度约为2.3nm，这一数值与DNA分子高度的理论值十分接近，参考于DNA分子的初始高度，给出了DNA分子压缩弹性的定量结论，其杨氏模量为0.55GPa。 第六章，对文中的创新点进行了说明和补充，并结合研究中遇到的问题，对试验中亟需解决的问题诸如针尖污染、仪器稳定性及仪器功能的开发与应用问题提出了一些意见。