近年来,随着电子和通讯技术的进步,电磁场对生命体的影响越来越受人们的关注。其中,脉冲电场对细胞结构和功能的影响与对肿瘤细胞的消融作用逐渐成为近些年生物电磁领域研究的热点。在脉冲电场作用下,细胞的形状,内部结构的电磁性质会发生改变,甚至可以靶向性诱导肿瘤细胞凋亡、坏死。研究脉冲电场作用下细胞的电响应及细胞内部导电、介电性质的改变对揭示电磁场生物效应的发生机制及肿瘤治疗有着非常重要的意义。为此,本论文着眼于电磁场与细胞的相互作用,深入研究了脉冲电场下细胞穿孔和细胞融合的机理、细胞内部结构介电参数的测试及带电纳米粒子介入后细胞内的微观电磁效应。具体内容如下:第一章,电磁场与细胞作用研究现状介绍:包括脉冲电场致细胞融合的现状及其应用;测试细胞内部结构介电参数的研究现状;在细胞微观领域研究静电场对带电纳米粒子与细胞作用的现状。第二章,仿真模拟方法及基本理论概述:电磁场基本原理的介绍,包括Maxwell方程组,本构关系及边界条件;同时还介绍了有限元方法及其基本求解过程。另外,我们还简单介绍了分子动力学模拟方法,重点介绍了粗粒分子动力学模拟方法在MARTINI力场下的映射、非键相互作用、成键相互作用和模拟参数。第三章,脉冲电场下细胞形状及溶液导电率对椭球细胞电融合影响的研究。基于细胞的电穿孔模型,建立了两个接触的椭球细胞融合模型,深入研究了微秒脉冲下细胞的形状及溶液导电率对椭球细胞电融合的影响,成功获得脉冲电场下细胞膜上动态变化的跨膜电位及穿孔密度,从而揭示了溶液低导电率能获得高效细胞电融合率的规律,并且仿真结论与实验结果吻合。第四章,测试细胞内部结构介电参数。建立了同轴线连接样品容器的模型,模拟实验测试获得细胞悬液的介电谱,结合Maxwell-Wagner等效模型,细胞双壳或单壳模型公式成功获得细胞内部结构介电参数,并深入研究了噪声对反演细胞内部结构介电参数的影响。这项研究为实验室测试获得细胞介电参数的可信度有一定的指导意义。第五章,细胞内微观电磁效应的研究。用粗粒分子动力学模拟方法,构建了带不同电荷的纳米粒子与囊泡作用的模型。研究表明,带电纳米粒子表面电荷密度,电荷分布及不同电荷性质会影响它与囊泡的作用模式。深入分析了带电纳米粒子与囊泡的作用机理,高表面电荷密度纳米粒子直接穿透进囊泡的机制,从微观角度形象的揭示了静电场在带电纳米粒子与囊泡作用中的关键作用。这些发现给我们设计高效的抗癌药物输送载体提供了思路。第六章,本论文的总结论及对未来工作的展望。