红细胞（RBC）在人体细胞类型中最为独特。质膜是其唯一的结构组分,包含各种不同的抗原,运输和机械特性。RBC膜柔软灵活,富有弹性且易于形变。动态的细胞膜结构和力学特性密切相关。人类的某些疾病状态能够改变这些机械特性,反过来,也会影响RBC在血循环中的运输能力。量化RBC的力学机制,在纳米尺度精确探测其微观结构变化,这对研究血细胞循环疾病的致病机理尝试提出一些新方法。健康RBC,通过微血管循环时承受反复挤压和大幅度的机械变形。但是,某些疾病可能引起RBC形状和应力平衡的改变,导致它们在组织和器官水平上的生理功能受阻。这些变化能够提供细胞内外病理环境与膜骨架、机械应力和生化作用的关键信息,也能够定量反映它们的健康和病理状态。这为临床诊断和实施有效治疗可能具有一定的实验参考价值。我们探寻RBC结构-特性-功能之间的关系,期望能够更深入地理解它们重要的生理功能和某些血循环疾病的相互诱因。本论文中,重点阐述应用原子力显微镜技术（AFM）,力-位移曲线等方法和理论模型,研究致病RBC的生物力学特性。研究工作主要有以下四方面:（1）AFM研究铅毒对RBC力学特性的影响;AFM探测不同浓度铅染毒RBC形态特征和变形能力;借助AFM作用力-压痕曲线分析铅染毒RBC刚性变化;比较正常和致病RBC杨氏模量差异。实验结果表明,接触铅毒的程度直接影响RBC的力学特性。不同浓度铅毒导致RBC变形能力丧失和渗透脆性增加。病变状态下含铅RBC的刚性增强,表面张力增大,杨氏模量比正常细胞高出约4倍。这些特性的改变为理解RBC膜和细胞骨架网络动力学提供了契机。（2）AFM研究副伤寒沙门氏菌B感染RBC膜生物力学特性;副伤寒沙门氏菌B寄生到RBC内,导致宿主形态结构,生化组分和力学形变特性发生改变。采用AFM和相差显微镜来测量感染副伤寒沙门氏菌的宿主RBC膜力学性能,涉及细胞的刚度,膜面内剪切模量和弯曲模量。结合单分子测量技术,利用膜波动理论模型,分析阐述细菌入侵对RBC膜力学特性影响的致病过程。研究结果显示,寄生期间的副伤寒沙门氏菌B,能够引起宿主RBC体积减少和变形能力降低。伴随着宿主细胞形态转变,膜易消融,膜剪切和弯曲模量显著增加。这些力学特性的改变,能够影响细胞循环功能,阻碍氧气输送。入侵的生物菌体,毒性寄生型沙门氏菌,与血影蛋白网络中运输蛋白有特异结合位点,会引起RBC膜动力学和机械性能的显著响应。菌体寄生期间,RBC在胞内外环境的生物物理和力学特性都发生改变。这些变化可能提供沙门氏菌寄生RBC的发病机理和感染途径。（3）力谱分析镰状RBC牵拉膜系绳的力学特性;应用AFM和力-位移测量技术,研究牵拉镰状红细胞（SCD）膜上糖蛋白系绳,探测与骨架连接与否的膜蛋白力学特性。选择血型糖蛋白A（GLA）的特异性外源凝集素WGA,对SCD细胞进行分子力牵拉。ConA修饰AFM探针牵拉细胞膜上多次跨膜的带3蛋白。AFM力谱分析判断两种糖-蛋白是否与细胞骨架相互作用。实验研究发现GLA分别与两个外源凝集素,麦胚素（WGA）和刀豆素（ConA）,特异性结合,脂质系绳具有不同的力稳态和分子牵引力分布状态。去除糖萼层后,SCD细胞膜蛋白与共价交联剂之间的成键概率降低,同时发生系绳与细胞骨架组分蛋白的断裂和解离。基于观测结果,病理状态中SCD细胞膜上连接骨架的特异性蛋白相互识别,牵拉糖-膜蛋白系绳的力谱分布具有差异性。（4）力谱探测Ramos淋巴癌细胞膜及结合RBC膜载药纳米颗粒。利用单分子和单细胞探针微量检测法,观测Burkitt淋巴癌Ramos细胞膜结构。AFM力曲线测量Ramos细胞膜黏弹性。采用挤压法制备RBC膜衍生囊泡,包裹Rul-NPs抗癌药物钌聚合纳米颗粒,作为药物转载体系给药Ramos细胞。我们定量分析RBC囊泡制备药物Rul-NPs颗粒的物理特征、物化性质和药物动力学。研究结果显示Ramos细胞是黏性浆细胞,具有显著的侵润性。RBC囊泡包裹的Rul-NPs药物胶囊与Ramos细胞膜结合,包裹纳米颗粒能够模拟临床药物运载体系。为蛋白质合成粒子表面功能化提供了一条良好的研究思路。