前列腺癌是最常见的癌症之一。在早期诊断时仅依靠前列腺特异性抗原(PSA)的含量作为临床标志物容易混淆前列腺良性增生和前列腺癌,耽误治疗的最佳时期。如果在早期诊断时,将细胞力学特性作为辅助检测指标,会提高癌症诊断的准确率。作为细胞纳米力学特性检测的工具之一,原子力显微镜(Atomic Force Microscopy,AFM)以其纳米尺度的空间分辨率、皮牛级的力学灵敏度以及可在细胞生理环境下进行测量的优点成为生物力学研究的重要工具,在肿瘤发生、恶化及迁移和生物体的发育等研究领域得到了广泛的应用。本文以44名前列腺患者的50种前列腺临床细胞系以及2种普通商用细胞系为研究对象,通过AFM压痕实验获取了良性增生细胞系和多种不同格里森评分的前列腺癌细胞系的表面形貌和纳米力学特性(弹性模量、表面粘附力和粘弹性)。最后,结合免疫荧光染色、蛋白印迹和Transwell小室实验等生物学手段,通过分析细胞力学特性发生变化的分子机制,为临床前列腺癌细胞的早期诊断提供一种有效的生物物理标志物。首先,针对从AFM压痕实验中如何提取三种细胞力学特性(弹性模量、表面粘附力和粘弹性)进行了理论分析。区别于传统的靠近-保持-撤回式的AFM压痕实验获取粘弹性,本文直接从靠近-撤回式的AFM压痕实验产生的力-位移曲线中,分别利用相关模型提取细胞弹性模量、表面粘附力和粘弹性,并根据扫描范围绘制出一张反应细胞各区域力学特性的热力图。其次,在保证细胞良好生存状态的前提下,基于确定的AFM实验参数和数据分析方法,通过AFM压痕实验获取了前列腺良性增生细胞和癌细胞的表面形貌和纳米力学特性。基于以上实验数据,分析了弹性模量、表面粘附力和粘弹性这三种力学特性的相关性,以及各力学指标对细胞的贡献率,并利用细胞的弹性模量探究了同种细胞间的个体差异性。最后,通过结合免疫荧光染色和蛋白印迹两种生物实验手段,从分子水平上确定了良性细胞和癌细胞、不同恶性程度的癌细胞以及敏感和非敏感性癌细胞纳米力学特性与细胞内蛋白之间的关联。在此基础上,通过Transwell小室实验分析了细胞侵袭、转移能力和细胞纳米力学特性之间的联系。