液体流动导致的流体剪应力是细胞周围力学微环境的重要因素之一,人们已经发现其可以调控骨组织细胞和血液细胞的增殖、凋亡、分化和迁移等生物学过程。但是,由于人体生理结构比较复杂,直接观察液体流动与细胞生物学行为之间的关系非常困难,因此体外细胞力学加载成为主要的细胞力学实验手段,但目前的细胞流体力学实验技术都存在不同程度的缺点。另外,液体流动作用下细胞的力学特性会发生变化,进而也会影响细胞的结构和功能。因而,建立准确描述液体流动作用下细胞力学性质的理论模型成为评估不同种类细胞功能乃至发展疾病快速诊断技术的前提和基础。本文针对细胞水平的液体流动实验和分析,设计了一种新型细胞力学加载装置,并建立一个细胞力学理论模型。平板流动腔是一种对细胞施加流体剪切力的常规加载装置,但该装置具有使用不方便、易造成细胞污染等缺点,并且不利于细胞的长期加载。因此,本文借鉴了锥板粘度计的原理和设计思路,基于细胞常用培养装置六孔板设计了一种新型锥板流动腔装置,从而可对培养于六孔板底面上的细胞施加流体剪切力。进而,利用数值模拟方法研究了锥板的物理参数(培养液的粘度系数和锥体的角速度)和几何参数(锥体母线形状、锥角和距离底面的缝隙高度)对于六孔板底面流体剪应力的影响,并得到了可维持较大范围内均匀剪切力水平(1到2 Pa)的优化参数。该装置将可为细胞力学的体外实验研究提供一种更为方便且可长时间加载的技术。微吸管技术可以在单细胞水平上研究细胞力学特性,我们的合作者对此技术进行了改进以使细胞可以连续进入微管。基于此技术本人建立了一个理论模型,可以通过细胞几何形态的变化来预测细胞的力学性质。在微管实验中,将人肺癌细胞A549通过负压吸入到微管中,并记录和测量不同时间点细胞已吸入部分前端的半径、细胞吸入的长度、细胞未被吸入部分的半径等几何参数。基于这些几何参数,并对细胞的吸入部分和未吸入部分进行受力分析,同时考虑细胞膜与微管内壁面的动摩擦系数,根据沿微管轴向平衡方程可以得到细胞的质膜张力。另外,细胞质膜张力由主动张力和被动张力两部分组成,其中利用粘弹性模型来描述被动张力。进而利用实验数据来拟合上述力学模型中的三个未知参数,即细胞质膜的杨氏模量、松弛时间以及细胞与微管壁的动摩擦系数。相比于经典的杨-拉普拉斯方程,本文建立的模型可以描述细胞进入微管的动态过程。这种新型微吸管技术及理论模型可以准确测量不同种类细胞的力学性能,其重要的可能应用之一是快速、高通量地筛选肿瘤细胞。