中药在提高机体免疫功能、诱导肿瘤细胞凋亡、抑制肿瘤细胞转移、增强心肌功能等方面发挥着重要作用。寻找有效的中药药效评价方法对中药开发极为重要,然而利用光学显微镜、电子显微镜、传统生物学等评价方法存在如分辨率不高、样品制备复杂、损坏细胞内部结构等不足。纳米操纵技术具有在生理环境下定位准、分辨率高、样品制备简单、实时监测细胞动态变化等优势,从细胞的物理学角度研究药物和细胞的作用,为药物药效评价提供了一个新的途径。细胞是生命活动最基本的结构单元,细胞状态与细胞物理学特性密切相关,因此,细胞物理学特性可以作为新型的生物物理标志,在研究药物和细胞作用方面,从细胞的物理学角度提供了一个新颖评价药物药效的方法。本文利用纳米操纵技术,在生理环境下定量检测药物刺激前后单细胞形貌(细胞超微结构的动态变化)、表面粗糙度、弹性及粘附力等多个物理参数的变化,从而对药物的药效进行精准评价。具体研究工作包括以下几个方面:1、基于AFM纳米操纵技术的探针-单细胞作用研究。开发面向原子力显微镜(AFM)的纳米操纵技术,研究AFM悬臂校准及形变检测方法,建立AFM探针针尖与细胞间相互作用力学接触模型,实现单细胞的检测及表征,为纳米操纵技术评价药物药效奠定基础。2、研究活细胞力学特性的评价方法。自主设计纳米操纵系统,研究数据采集及光斑位置检测、纳米操纵对象的粗调定位、扫描成像、接触点判定和力曲线获取的方法,对比分析不同恶性程度细胞和不同加载速率下细胞的弹性模量变化。3、利用纳米操纵技术研究西洋参对细胞力学特性的影响。建立优化的探针-癌细胞混合力学模型,以获得更准确的细胞力学特性。定量研究肝癌细胞与药物作用时间、剂量关系,获得肝癌细胞形貌、细胞表面粗糙度、高度及弹性模量等力学特性变化。建立探针-心肌细胞力学模型,获得西洋参水提液作用后心肌细胞的搏动力及搏动频率,实现纳米操纵技术对西洋参药效的评价。4、研究纳米操纵技术对葫芦素E作用于不同分化程度的食管癌细胞的影响。应用细胞粘附力和弹性模量的检测方法,获得两种不同分化程度细胞的粘附力、弹性模量等参数,实现葫芦素E对高低分化不同食管癌细胞药效的评价。5、研究基于纳米操纵技术的TRAIL质粒植入结肠癌细胞方法。分析探针刺入细胞过程,通过荧光显微镜观察细胞内出现绿色荧光,表明利用纳米操纵技术成功植入TRAIL质粒并在细胞内进行了表达,进而评价了TRAIL质粒对结肠癌细胞的作用效果。本文自主设计纳米操纵系统,建立探针与细胞间相互作用模型,定量研究药物与细胞作用后细胞物理学特性的变化,为药物作用机理机制提供了更加直观的药效评价依据。实验结果表明,纳米操纵技术在分子水平上为细胞诊断、药物与细胞作用、药物的药效评价等方面的研究提供了重要分析手段,有助于中药开发和疾病治疗。