纺锤体是完成细胞有丝分裂的主要亚细胞结构。但是，到目前为止，细胞如何检测和控制纺锤体的大小、位置、取向及运动仍然是一个悬而未决的问题。通过考虑微管聚合所产生的推力、由于马达蛋白运动而导致的拉力、染色体的数量、微管的不稳定性、纺锤体组成单元的物质守恒等多种因素，我们建立了一个通用的纺锤体力学生物学模型，通过理论分析、数值模拟和实验验证三种手段的有机结合，研究了在有丝分裂过程中细胞的形状、尺寸及外力作用如何影响纺锤体的尺寸、定位和分裂面的选择等一系列力学相关的基本科学问题。我们发现两个中心体和多对染色体可以自组装形成稳定的纺锤体结构，而且纺锤体可以自发定位到细胞中部并沿细胞长轴方向排布。此外，在较小的细胞内，细胞边界和细胞体积共同调节纺锤体的长度，使得纺锤体的大小随细胞大小的增大而增加；但是在较大细胞内，纺锤体结构的几何不对称性导致了纺锤体长度存在上限，从而揭示了一种限制细胞器尺寸的新机制。进一步的研究发现，微管和分子马达的空间分布以及微管的滑动速率可以有效调控纺锤体的定位和取向的成败和效率。定位和取向的特征时间随细胞的增大而增加，而细胞皮层和细胞质分别在较小和较大的细胞中起着主导作用；纺锤体的最终取向并非总是由长轴定理决定，而是由细胞形状的极性和对称性共同决定的。最后，我们还进一步研究了细胞形状和大小对多极纺锤体的调控作用，以及在外力作用下纺锤体的粘弹性力学响应等问题。