自有文明以来，人类就没有停止过对自 然世界的探索。视觉和触觉是人类探索世界 最重要的两种感官，当婴儿刚刚降生下来， 他 / 她很快就会睁开双眼去观察周围的世界， 并通过嘴和手指不停地去触摸探索周围的环 境。这种与生俱来的认识的基础也导致人类 在很长的一段时间内，对世界的探索被限制 在了“看得见摸得着”的范围之内。通常情 况下，在 25cm 的明视范围内，可被人裸眼 辨识到的最小尺度大约是 50μm，相当于头 发丝粗细的一半，而手指对纹理的分辨能力 更低。随着人类对事物的探索加深，逐渐认 识到在我们肉眼无法观测到的微纳尺度下还 存在着一个丰富的世界，比如：雪花的晶体 结构、材料的缺陷以及病毒的传播等。显微 镜技术的发明和发展，为我们提供了观测它 们的有效工具。光学和电子显微镜成为我们 的“眼睛”，而原子力显微镜则成为了我们 的“手”，帮助我们探索和感知微纳米世界。

图 1. 丰富的微纳尺度世界及人眼分辨率

　　原子力显微镜于 1986 年由瑞士科学家宾 尼希(Gerd Binning) 发明， 其核心部分是一根带有纳米尖端的悬臂。利用它像我们的 手指一样，去触摸样品的表面，在运动过程 将探针高度变化的信息通过激光传回位置灵 敏接收器， 我们就可以得到样品表观的形貌， 一般情况下，原子力显微镜的横向分辨率能 达到 1nm，纵向分辨率为 0.2nm。不仅如 此，原子力显微镜还具有高精度的力学测量 能力，作用于悬臂尖端的力可用胡克(Hooke) 定律定量描述，其力学分辨率能达到 1pN。 发展至今，原子力显微镜在微纳米尺度的力 学研究中已被应用于测量纳米材料表面和探 针之间各种相互作用力，如范德华力、电磁 力、光力、黏滞阻力等，通过对探针的修饰 和改性来测量界面的张力、黏附力、分子间 相互作用、各种材料的力学性质等。

图 2. 原子力显微镜原理及在力学测量中的应用

　　“力无处不在”，决定了原子力显微镜 技术的应用场景极为广阔，硬如金刚石，软 如水凝胶、活细胞都可以通过原子力显微镜技术表征材料的力学性能。但如何根据自身 情况，把握“四个面向”，并结合院“基础 研究十条”的新政策，聚焦到国家需求中的 基础科学问题中来，是我们年轻人在成长和 发展过程中需要不断思考的问题。多学科交 叉融合是当今科技创新发展的共识和特征， 近年来力学与生命科学、医学的交流合作不 断深入，人们逐渐认识到生命系统中的微纳 尺度力学问题与我们自身健康息息相关。从 病毒的侵入、药物的输运，到组织器官的形 成、胚胎的发育，力学主导了生命活动背后 的物理规律，这也是面向人民生命健康的重 要科学问题。如何结合、改进现有技术手段， 探究力学性质的转变和调控与人类重大疾病的关联并为疾病的预防和治疗提供参考将成 为一个新的挑战！在今后的工作中，希望加 强原子力显微镜核心技术的攻关，突出原创 性，发展面向生命科学和人民健康的关键力 学手段，做出“从 0 到 1”的原创性成果。

　　

　　关东石，研究员，非线 性力学国家重点实验室，研 究领域：微纳尺度流动与界 面流动、软物质与生物力学。