在本论文中,作者发展了基于原子力显微镜(AFM)的光刻技术,用于制备功能性聚合物刷以及生物大分子的图案化表面结构;同时,搭建了磁力调制原子力显微镜(MFM-AFM),并以此研究了细菌生物被膜的流变行为。主要内容如下:(1)发展了液相扫描探针纳米雕刻技术(LSPN)。LSPN通过AFM探针在聚合物的良溶剂中“雕刻”聚合物刷表面,即施加较大的作用力将聚合物链从基底上刮除,形成所设计的二维或三维图案化结构。然后,用同一根探针以较小的作用力对图案化结构进行原位成像表征和缺陷修复。LSPN可制备分辨率小于50 nm的、任意复杂的二维或三维图案化结构。(2)发展了液相非接触扫描探针光刻技术(L-NCSPL)。L-NCSPL通过AFM探针在蛋白质溶液中以非接触模式扫描固体基底,振动着的探针会捕获溶液中的蛋白质分子并将其击打到基底上,从而形成所设计的图案化结构。L-NCSPL可制备尺寸小于100 nm的蛋白质点阵列结构、宽度小于50 nm的蛋白质线阵列结构和三维的蛋白质图案化结构。(3)搭建和应用了MFM-AFM。通过一个振荡磁场控制磁性探针对样品施加正弦扰动力,并在5-200 Hz的频率范围研究了在表面附着的大肠杆菌(E.coli)生物被膜从单个细胞到成熟的生物被膜形成过程中的微流变行为。我们的结果表明,E.coli生物被膜的流变行为和软玻璃态材料相似。随着培养时间的增加,E.coli生物被膜有流体化倾向,且其结构变得更为均匀。另外,流体剪切力会影响生物被膜初期的生长状态,而对成熟生物被膜表层的流变性质影响较小。