细胞具有感知和响应微环境中力学刺激的能力。这种细胞力学感知和传导的能力在多种细胞活动过程中扮演着重要角色,如细胞迁徙、细胞分化、细胞间交流等。细胞力学特性是细胞的固有参数,它反映了细胞的形变能力和粘附能力,也是细胞适应环境的一种表现形式。细胞结构和形态的差异使得不同细胞具有不同的细胞力学特性。即使是同一类别的细胞,由于所处微环境或所感受的力学刺激的不同,其自身结构和特性也会有显著差异。所以,细胞力学特性的研究不仅能够揭示细胞固有属性的变化规律,还能够揭示细胞在不同生理病理情况的响应机制,对诊断治疗、药物研制等有着重要的指导性意义。细胞力学特性的研究需要纳米、皮牛级别的高精度测量方法,而本研究自主设计、搭建的一套细胞力学特性测量平台满足上述条件,可用于各种细胞力学特性的量化研究。相较于目前常用的细胞力学特性研究技术手段,如微吸管技术、原子力显微镜、磁镊、光镊等技术,本研究自主研发的测量平台具有适应性强、可扩展能力好、动态范围大、精度高等特点。基于该测量平台,本研究重点对心肌细胞的力学特性展开了研究,包括心肌细胞杨氏模量测量以及心肌细胞整合素介导的细胞粘附力的首次量化研究。本文主要研究内容包括:首先,本文基于光杠杆原理设计了一套细胞力学特性测量平台。该平台的设计和搭建完全自主实现,非常灵活,易于扩展和改造。此外,独特的双探针构件使得该平台能够节省实验时间,还能够用于开发双探针应用(如分子间交互作用)。接着,本研究从放大倍数、最小可测位移量和探针校准三个方面对测量平台结果的可靠性进行了测试,并进一步地将测量平台应用于心肌细胞的杨氏模量测定,与同行结果进行比较。证明该平台能够实现纳米级别的纵向位移放大,并且能够检测皮牛级别的力大小。最后,该测量平台被用于心肌细胞膜上整合素与其细胞外基质蛋白相互作用的研究当中。以心肌细胞膜上整合素为研究对象,本文分析了整合素与不同细胞外基质蛋白配体之间的相互作用力,以及金属阳离子对整合素结合能力的影响。本研究发现,一方面,层粘连蛋白与心肌细胞膜上整合素的结合力相较于胶原蛋白和纤连蛋白是最大的。另一方面,细胞外金属阳离子浓度对整合素的结合能力有显著影响,其中钙离子对整合素的结合能力有抑制作用。该研究对心肌细胞甚至是心血管系统的物理特性变化规律具有重要价值和意义。