细胞作为生命体的基本单元,细胞与细胞外生物物理环境的相互作用是细胞进行正常生理功能必不可缺少的环节。这种相互作用是通过粘附分子形成的可随机断开/闭合的分子键群簇构成。这时,分子的扩散和随机化学反应等分子水平事件与系统的整体变形耦合。因此,定量探究系统的力学性质,如弹性、蠕变、松弛等,对粘附分子的分子水平事件的影响将有助于我们进一步理解细胞的生理和病理过程,如分子扩散和介质粘性对系统寿命和强度的影响,以及细胞的“负趋硬性”、通过骨架重组调节自身刚度匹配不同硬度的基底、“逆锁到滑移”转换等实验的理论解释。具体来说,我们假设分子的扩散和分子与结合位点之间的随机化学反应等分子水平的行为为马尔可夫过程,介质的变形则受连续介质力学控制。在分子键随机化学反应过程中,基于考虑整个系统的变形能和分子与结合位点的结合能对分子随机热运动的影响,我们给出了分子热运动的一维能量景貌（energy landscape）。基于这一能量景貌我们给出了通过考虑分子键重新结合对断裂过程的影响和分子键重新断裂对结合过程的影响的分子键反应速率。同时,基于这一能量景貌和统计热力学,我们给出了系统的自由能和强度的表达式。本文取得的具体研究成果如下:（1）本文首先考虑了粘弹性介质经由可扩散和可反应的分子形成的受体-配体分子键群簇介导的粘附模型。在该模型中,我们假设分子的扩散和分子键的随机化学反应是马尔可夫随机过程,粘弹性固体的变形则由连续介质力学给出。我们给出了描述分子扩散和分子与结合位点随机反应的主方程,通过对新理论模型进行退化和利用蒙特卡洛仿真的手段对新理论模型进行了验证。利用该模型得到的结果表明,系统的寿命和强度实际上是由分子扩散、介质变形和受体-配体分子键断开/闭合跃迁之间的时间尺度竞争决定的。通过蒙特卡洛仿真,我们发现存在一个最优的分子扩散特征时间使得系统的寿命和强度达到最大,这一最优扩散特征时间与实验观察到的细胞膜上受体分子扩散特征时间尺度很好地吻合。此外,由于介质的变形蠕变能有效增加分子键重新结合的概率,故介质的粘性能显著提高系统的寿命和强度。（2）我们研究了处于位移控制加载下的弹性介质的粘附模型。由于介质变形与分子键的变形相当,在分子键的随机化学反应过程中,基于考虑整个系统的变形能和分子与结合位点的结合能对分子随机热运动的影响,我们给出了分子热运动的一维能量景貌。发现这一能量景貌高度依赖于分子键的状态分布,储存在弹性体和所有分子键中的整体变形能,以及分子与结合位点的结合能。基于统计热力学,我们利用分子热运动的能量景貌给出了系统自由能和强度的表达式,并通过与蒙特卡洛仿真、布朗动力学仿真和已有的强度理论进行对比验证了新强度理论的正确性。根据新的强度理论,我们很好的解释了细胞可以通过调节自身刚度来匹配不同硬度的基底,以及细胞的“趋硬性”和最近的“负趋硬性”等细胞实验。此外,我们还发现粘附尺寸对强度的影响依赖于系统的加载方式。当系统是外力加载时,具有最佳尺寸窗口使得强度最大。当系统是位移加载时,尺寸越大,则强度越大。（3）在理解细胞实验中观察到的力促进粘附这一违反直觉的现象时,现有的理论模型都是基于考虑分子键受力后构型或者断裂途径发生变化,进而增加断裂能垒,产生力促进粘附的现象。在我们的研究中,我们利用受体分子热运动的能量景貌,通过考虑分子键的重新结合对断裂过程的影响以及分子键的重新断裂对结合过程的影响给出了分子键的反应速率。我们运用这一反应速率求解系统的寿命,发现寿命随着外力先增加后减少。寿命这一变化规律是系统“逆锁到滑移”转换的典型特征。因此,在不考虑外力对分子键固有属性的影响下,我们提供了一种新的思路来解释细胞实验中观察到的“逆锁到滑移”的转换行为。