细胞与细胞外基质构成的界面，是实现细胞正常生理功能的主要支撑，与许多重大疾病息息相关，是生命科学中的关键问题。本文针对细胞与基质相互作用的动力学过程，从不同时间尺度（秒到小时）、不同空间尺度（单细胞到多细胞）出发，系统研究了细胞与基底的相互作用过程，并引入了新的物理参量，考察了其对细胞行为的影响，建立了相关的动力学模型。　　为研究基底刚度对细胞铺展行为的影响，我们首先构建了具有相同硬度范围的两种典型生物材料研究体系（PDMS与聚丙烯酰胺水凝胶），观察了细胞铺展面积、铺展速度与基底刚度之间的关系。我们首次在细胞-基质研究中引入“界面刚度”这一概念，将处于微观尺度的细胞收缩力和宏观的基底刚度联系在了一起，解释了实验中截然不同的实验现象。首次建立了基于过渡态理论的细胞铺展模型，并与实验进行了对比。　　作为细胞与基底相互作用作用的另一个动力学过程，细胞迁移，特别是群体细胞迁移在胚胎形态形成、伤口愈合、癌症转移等许多生理现象中起到重要的作用。其中，领导细胞的产生是群体细胞迁移的重要特征，但产生机制尚不清晰。构建了受限细胞迁移观测平台，首次引入曲率梯度这一物理参量，发现其作为边界条件，可以显著影响细胞的行为，包括领导细胞的产生和边界处细胞的定向迁移。　　原生癌的生长过程需要周围的微血管提供营养物质，而在此之中，微血管内皮如何突破基底膜的限制到达癌症部位，尚无明确定论。利用微加工及原代培养技术，模拟了内皮细胞突破基底膜的过程。首次发现基质硬度可诱导内皮细胞突破障碍，由此提出了一种新的机制，肿瘤细胞改变自身微环境就能以这种间接的方式吸引微血管内皮细胞的到达。定性考察了影响细胞突破基底膜过程的主要影响因素，并提出了新的判定参数。　　本学位论文的的结果有助于理解细胞与基质之间的相互作用过程，对于新生物材料的设计及重大疾病的诊治提供重要的支持。