自1986年Bining等研制成功這種新型顯微鏡以來，AFM已在材料學、分子生物學、細胞生物學等領域獲得廣泛的應用。AFM的工作原理是：將一個對微小作用力極敏感的微懸臂一端固定，另一端有一微小針尖，同距離有關的針尖一樣品間相互作用力(吸引力或排斥力)會引起微懸臂的形變，形變量的大小可作為樣品一針尖相互作用力的直接量度，由光學檢測法或隧道電流檢測法獲得。當進行掃描時，反射到檢測器的光電信號作為反饋信息使系統(tǒng)保持樣品和針尖相互作用力或距離的恒定，為此，負載樣品的壓電掃描器必須隨樣品的形態(tài)變化不斷調(diào)整Z軸方向的位置，此時記錄每一點上高度的變化，通過計算機系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理，即獲得樣品表面三維的形貌信息。

AFM在觀察細胞表面形態(tài)的同時可測得單個細胞的局域力學信息，如細胞的彈性、黏度等不僅可研究靜態(tài)的細胞結構，還可動態(tài)地觀察細胞隨時問的生物學特性改變，同時具有納米級的空間分辨率和皮牛頓級的力學靈敏度，在細胞生物學方面發(fā)揮著無可替代的作用。利用AFM測得的力一距離曲線反映了針尖與樣品間定量的作用力。采用金剛石探針，配備專用的軟件，AFM能夠測量微區(qū)的納米壓痕，據(jù)此繪制的力一位移曲線，可用于彈性模量的定量測量。

細胞的力學性質主要取決于細胞骨架和細胞膜的黏彈性，當外界條件改變時，細胞膜黏彈性的改變比細胞形態(tài)的改變更為明顯。AFM常用Hertz模型測量多種細胞的楊氏彈性模量。Engler等測量了生物樣品和高分子薄膜基質的彈性模量，平滑肌細胞的培養(yǎng)結果顯示：與天然動脈血管中間層剛性近似的PA基質能提高SMC細胞的鋪展面積，聚賴氨酸／透明質酸多層膜也觀察到相同的結果，說明細胞的吸附鋪展與材料的剛性有相關性。

由于AFM的高分辨率、獲取信息種類廣泛以及制樣簡便、可在生理條件下操作等優(yōu)勢，已經(jīng)成為組織工程研究中不可或缺的工具，但是對于紛繁復雜的生命系統(tǒng)，單一設備畢竟功能有限，必須與其它設備或技術手段如近場顯微鏡、電子顯微鏡、激光共聚焦顯微鏡、熒光顯微技術、X一射線衍射、抗體標記、表面干涉等有機結合，AFM方能更有效地發(fā)揮其作用。隨著AFM的發(fā)展，如針尖技術的改進，時間分辨率的提高，以及與其它設備的結合，必將在組織工程領域發(fā)揮更大的作用。