细胞与细胞外基质或相邻细胞作用而产生细胞牵引力（cell traction forces,CTF）。CTF在炎症、伤口愈合、血管生成和肿瘤转移等生理病理过程中发挥重要作用。定量表征CTF对于理解生理和病理环境中细胞力学生物学行为至关重要。目前用于表征CTF的实验技术和理论模型主要根据细胞收缩引起的基底变形而获得细胞产生的牵引力,此类方法主要用于计算细胞在二维环境准静态下黏附产生的CTF分布。因此,发展三维空间CTF的分析方法将有助于拓展理解细胞与细胞以及细胞与微环境之间的相互作用。本论文制备了培养单细胞的可折叠微板,实现了细胞在微板折叠过程牵引力的三维空间分布;理论推导了细胞在微板折叠后三维空间内的受力情况,给出了单细胞在三维空间准静态下牵引力的计算方法。主要研究内容如下:1.利用MEMS和生物分子涂层修饰技术,设计了图形化和多涂层修饰的均质聚氯代对二甲苯C（Parylene-C）微板,制备了厚度3μm,两边边长50μm,具有100 nm厚度中间连接的均质单细胞培养Parylene-C微板阵列;优化了制备微板的工艺;实现了细胞在折叠微板内的三维生长,设计了单个活细胞三维牵引力分析的细胞力学实验平台,为反演细胞基质力学微环境和研究细胞力学生物学行为提供了新技术。2.表征了Parylene-C微板表面形貌、表面粗糙度、亲/疏水性以及细胞相容性等,优化了Col-Ⅰ修饰Parylene-C微板表面的条件,显著改善了Parylene-C微板表面形貌,显著提高了微板表面的亲水性、细胞黏附性和增殖率,确保了细胞与Parylene-C微板具有较好的生物相容性,使细胞与可折叠微板之间形成了良好的黏附界面,这为近似反演活细胞在体状态的CTF提供了实验基础。3.基于理论推导和有限元模拟,建立了微板折叠过程单细胞三维状态下牵引力的力学模型,给出了微板折叠过程单细胞三维空间状态下牵引力的计算方法;实现了表征单细胞三维状态下的牵引力,提供了一种近似细胞原位状态的细胞牵引力计算方法。上述结果为定量描述细胞生长过程中的牵引力演变提供了新方法。4.给出了四种类型的细胞在可折叠微板折叠初始态和折叠最终态所对应的两个三维空间的牵引力数值;指出细胞折叠过程的CTF与细胞类型具有相关性。这一结果为发展普适细胞牵引力理论和实验测量技术提供了参考。分析了微板折叠角度与CTF大小的关系、细胞类型对折叠速率的影响、细胞铺展面积和长轴的位置对微板脱离基底的影响;描述了微板折叠过程中细胞形态的动态变化;阐述了细胞形态与CTF在空间演变过程中的影响因素。