人們盡管有了電鏡，但對微觀世界的認識還遠遠不夠，還有大量的難題迫切需要獲得更深層次的細微結構的認識，因此對微觀世界的探索永無止境。電子工程師想設計出厚度僅為幾十個原子的電路圖；材料學家要考察晶體中原子尺度上的缺陷；醫學領域則迫切了解單個蛋白質分子、單個DNA分子的結構正常與否。在這種巨大驅動力的背景下，一種新的認識微觀世界的工具誕生了。1985年由IBM公司的Binning和Kohrer研制出了一種新型顯微鏡－掃描隧道顯微鏡（Scanning Tunneling Microscopy,STM）。STM一問世就以其獨特的理論和應用潛力引起了多學科的濃厚興趣，1986年獲諾貝爾物理獎，1987年開始廣泛應用，1989年召開了第一屆國際STM會議。1990年我國也首次應用STM觀察到了DNA鏈的螺旋結構（在此之前DNA的結構模式圖是由化學方法推倒出來的）。STM已經無可非議地成為人們認識微觀世界的又一次飛躍，在醫學領域中也必然帶來認識到原子水平的新階段。

STM的基本原理是采用一根尖端磨得非常之細的鎢探針，可能只有一個原子的寬度（0.2nm），通過壓電控制裝置，是探針尖端在被檢測標本的表面1－2nm范圍內移動。由于探針與標本緊貼，以致探針尖端上那顆原子的電子云與標本表面上被測原子電子云發生重迭。這時在探針尖端加一個小電壓，電子流就會通過隧道效應穿過尖端與標本間的空隙，產生一股微小的隧道電流。由于任何標本的表面都不可能完全平面，這是因為標本表面的原子結構所決定其具有一定的立體圖形。而隧道電流強度的大小主要取決于探針與標本間距離的大小，如果距離增加0.1nm（即原子直徑的一半），隧道電流的強度則會降低90%。記錄這一隧道電流的變化，經計算機處理，繪制成圖像，從而打開了多少年來人們夢寐以求的直接觀察原子結構的目標。

  STM一問世，生物醫學領域就迅速應用于分子結構的觀察。目前應用STM不僅可以描繪出氨基酸分子中碳、氫原子的關系，而且已經直接觀察到DNA鏈螺旋結構的圖像、堿基對的精細結構、螺旋的直徑為2nm、在十個堿基對3-4nm長再一次螺旋重復等，這些激動人心的發現無疑對生命的關鍵結構中迷茫現狀的澄清提供了必備的條件，隨之而來的必將是一場新的變革性的飛躍。又比如對IgG結構的觀察，STM可直接顯示Y型外形，兩個Gab端和一個Fc端及鉸鏈區，Fab端長8-9nm、寬5-7nm、Fc端長12-14nm、寬6-7nm、在Fab及Fc端發現了小球形結構，在種小球結構可能正是抗體的功能區。這對揭示免疫反應機理的實質又提供了獨特的方便之門。還有對細胞膜、質膜的觀察等都在一個個層出不窮的新發現之中。

雖然STM問世才短短5年，但其在生物醫學上應用的巨大潛力已明示在我們的面前，對人體疾病的探索從肉眼觀察的水平到光學顯微鏡觀察的細胞水平再到電子顯微鏡觀察的超微結構水平的發展程中，每一步前進雖然都帶來過一次飛躍，但我們人類面臨著疾病的威脅還遠遠不能達到理想的征服水平。還有大量的臨床難題沒有解決，而這些難題的攻克遠不是現有的認識能力能夠達到的，還必需向更深一步的微觀世界進行探索，因此，STM的廣泛應用，使我們進入到疾病的原子水平的認識上，應用這一把微觀世界的鑰匙，打開疾病中數不清奧妙大門的日子已經離我們越來越近了。