基于纳米针的细胞穿透技术及相关的细胞转染、基因编辑已成为了近年来的热门研究课题。该技术的成熟、系统化将对医学和生命科学具有重大意义。但是,由于细胞内部环境、结构复杂,细胞膜、核被膜的机械穿透机理不明确,导致了细胞的机械穿孔率不高,DNA传递效率低,阻碍了该技术走向临床应用。在细胞的针刺实验中,不能可视化的观测到细胞穿孔过程中力在细胞内的传递及细胞结构的变化,限制了细胞机械穿孔研究的进步。构建合理的细胞模型,通过数值模拟的方法可以可视化的观测到针刺过程细胞内各结构的受力、变形情况,促进细胞机械穿孔机制的研究。因此,本文分别建立细胞膜、核被膜的针刺模型,通过数值模拟探究纳米针机械作用下细胞膜、核被膜、细胞骨架和核纤层之间的应力分布和结构变形关系,获取细胞膜、核膜在受压过程中的应力变化情况。首先,对细胞膜的针刺过程进行了模拟。以实验为参照,先分别对不同针尖、膜表面条件进行了模拟;再对粗针非正交接触的轴向加载和纵向加载情况进行模拟。结果得出:针尖下压过程在细胞膜上存在应力分段效应,第一阶段细胞膜主导受力,应力迅速增加,第二阶段细胞骨架主导受力,细胞膜的最佳插入行为发生在第一阶段。其次,对核膜的针刺过程进行模拟,分为了离体细胞核和完整细胞细胞核。对离体细胞核,模拟了针尖分别加载在核孔上,核孔边缘及无孔区的情形。对完整细胞的细胞核,多了中间丝成分,除了对应三种加载情况的模拟,还添加了一组针尖加载在连接着中间丝的核孔边缘的情形。结果得出:核膜上存在应力分段现象,第一阶段使核膜绷紧,核膜应力在第二阶段快速增长,核膜的刺破行为发生在第二阶段。针尖加载在核孔边缘时,核膜绷紧得最快,核孔上连接中间丝时绷得最紧应力增长最快,最有利于核膜的机械穿透。最后,还分别对如何提高细胞膜、核被膜的穿透率进行了讨论。在实验中可以使用加工过的纳米细针,或在细胞膜/核膜表面添加药物或蛋白质增强膜的张力,选择合适的下针位置,提高细胞的穿透率。