慢性肝病是世界范围内的重要健康问题,可导致肝功能障碍、肝炎和肝硬化,严重时可引发肝癌。而早期干预和控制这些疾病,如脂肪肝等,则可有效减缓,甚至逆转其进展。然而,即使是在发达地区,某些慢性肝病的早期及明确诊断依然是一个挑战。近年来,多种单细胞实验技术的发展使我们认识到单细胞层次的细微结构或功能改变会导致可定量区分的力学性质差异,进而使细胞力学特性的定量表征成为识别疾病特征及进展的一种极有前景的精准诊断指标。例如,目前已经证实细胞的粘弹性特征不仅在识别和表征多种疾病,如急性或慢性炎症、纤维化疾病、癌症等中起到重要作用,而且还成为细胞在各类生物学微环境中其多种生物物理行为的重要定量指标。尽管目前基于组织力学特征差异的诊疗技术具有诸多优势,但其在细胞尺度上较低的分辨率在一定程度上限制了异质性组织内细胞力学参数的高效提取。其主要原因之一在于目前仍缺乏表征疾病引起细胞尺度力学性质差异的线索,从而无法通过分析复杂肝组织环境所反应的整体力学特征给出无创性诊断下肝脏疾病的精准早期诊断指标。因此,如何建立新的力学模型以有效表征肝脏疾病中细胞尺度的力学特性,并对疾病进展进行更为精细化、定量化和程度化的分级,是提高基于组织力学特征诊断技术准确性所涉及的重要科学问题。针对上述问题,本文通过采用基于原子力显微镜的细胞力学性质实验测量技术,以及具有幂律松弛特征的细胞粘弹性力学模型,结合病理染色、免疫荧光、生化实验等细胞分子生物学技术,围绕脂肪肝（高患病率）和原发性肝癌（高致死率）这些疾病早期诊断的定量力学指标,对非酒精性脂肪肝细胞的脂质沉积、合并高血糖的肝癌细胞转移以及肝脏巨噬细胞活性在不同行为模式下的粘弹性力学特征进行了定量化分析。本文主要工作和结论如下:（1）针对非酒精性脂肪肝中细胞内脂质沉积是否会导致细胞力学性质改变这一问题,证明了细胞质中脂质沉积与肝细胞流变性增加之间的梯度相关性。构建了具有梯度变化的体外脂质沉积模型,采用病理染色、免疫荧光等实验手段对模型进行了验证。应用原子力显微镜在单细胞水平上检测了脂质沉积后的粘弹性变化。发现肝细胞可以被视为线性粘弹性材料,其力学性质可以使用三参数幂律本构关系来拟合,表现为脂质增加可导致细胞变软和流动性增加。该结果定量地揭示了粘弹性与细胞内脂质积累量的相关性。也预示着幂律模型的粘弹性参数是一种较好的脂质沉积相关疾病的分级检测指标。为肝细胞中脂肪沉积的精确识别和定量化提供了新的方法。（2）针对高血糖如何促进肝癌细胞转移这一问题,证明了高血糖在肝癌细胞转移中可促进癌细胞流变性增加和代谢增强,从而使其在间质转移中更易发生适应性变形。通过构建体外梯度高血糖模型,运用生化实验、迁移实验、免疫荧光及图像分析等技术,对高糖干预后的肝癌细胞进行了代谢水平、骨架重塑、迁移能力的定性和定量分析。应用原子力显微镜压痕实验测量了高糖下肝癌细胞的流变学行为。发现糖浓度增加可以促进肝癌细胞内ATP含量的增加、获得更高的无氧代谢和线粒体代谢水平并使细胞具有更强的迁移能力。肌动蛋白骨架分析及相关性分析结果表明细胞ATP含量增加与肌动蛋白骨架重塑中G-actin比例增加有关。应用原子力显微镜的蠕变实验结果证明随着糖浓度的增加,细胞变软、流变性增强。上述结果表明了高血糖通过促进肝癌细胞流变使其迁移能力增强,证实了高血糖在肝癌细胞转移中的生物力学耦合作用。该工作使用幂律模型分析和解释微丝骨架重排与细胞能量代谢在细胞迁移中的作用。提示幂律模型的粘弹性参数可作为评价细胞能量代谢水平的潜在检测指标。（3）针对巨噬细胞功能形态是否影响其力学性质这一问题,证明了巨噬细胞的力学性质与其形态和功能之间的关联性。通过对巨噬细胞的形貌进行分类,应用原子力显微镜蠕变和松弛实验测量手段,检测了不同形貌巨噬细胞的粘弹性差异。采用免疫荧光技术对细胞肌动蛋白骨架进行了观察。发现静止期巨噬细胞更软、流变性更强,肌动蛋白主要集中于细胞膜周围。吞噬型巨噬细胞相较于非激活型巨噬细胞更像固体,流变性低,肌动蛋白主要分布于细胞质和伪足中。而具有迁移表型的巨噬细胞其粘弹性介于二者之间,肌动蛋白主要分布于迁移前端的膜泡和伪足中。以上结果证实了巨噬细胞的流变性随其功能发生调整以及肌动蛋白分布对细胞迁移和吞噬的调控作用。该工作对巨噬细胞的粘弹性进行了测量,并指出其粘弹性与功能的适应性关系,提示粘弹性参数在评价巨噬细胞分化及活性中是一种极有潜力的评价指标。以上工作给出了幂律模型的粘弹性参数在脂肪肝和肝癌中的具体应用,证明了幂律模型的粘弹性参数在肝细胞脂肪沉积的定量化分级、肝癌细胞的转移能力和代谢水平识别、巨噬细胞分化及活性评估中具有明显的医学应用和参考价值。基于幂律模型的粘弹性参数可以对疾病进展进行更为精细化、定量化和程度化的分级,为临床疾病诊疗提供一种有效的评价策略。