细胞穿刺是一种测量细胞力学特性的新的实验方法，由于具有方便快捷、直接测出细胞内压、细胞变形等力学响应的优点，被广泛应用。但在使用中也发现某些缺点：实验结果分散、毁坏目标细胞，使得实验不可重复；不同品种的细胞测量结果完全不同，实验结果的可比性差。为了深入研究细胞在穿刺过程中的变形和内压的变化规律、探索实验结果分散的原因，本文建立了能够描述细胞大变形的力学模型，利用数值方法对细胞的穿刺过程进行了模拟，研究了实验参数、物理参数以及细胞壁的渗透特性对实验结果的影响，揭示出实验中无法观察或没有注意观察的结果。数值模拟的结果对实验数据的解释、实验参数的选择和实验方案的制定有重要的参考价值。另外，本文得到的结论也对其他涉及细胞抓取微型机械的设计有帮助。 本文主要完成了以下研究工作： 将细胞壁简化成均匀的、各向同性的超弹性膜，细胞液简化成不可压缩的液体，建立了能够描述细胞大变形的两相、球形的力学模型，推导出细胞在穿刺过程中的平衡方程并进行了数值模拟。研究结果表明：细胞穿刺过程的力-位移和内压变化具有明显的非线性特点；实验参数和细胞壁的物理特性以及渗透特性对实验结果的影响很大；为了分析细胞在穿刺过程中的破坏，研究了细胞壁的张力变化规律，除在两极处经线与纬线方向张力相等外，其余各处均是纬线方向的张力大于经线方向的张力。因此，通常情况下，细胞发生破裂的位置应是在细胞赤道平面附近；但当压头半径与细胞半径之比很小时，在压头处，细胞沿经线方向的张力最大，则在该处也可能发生破裂。 只有在小变形、渗透系数很小、快速加载过程中，可以忽略渗透作用以及加载速度的影响；否则，渗透系数以及加载速度对实验结果的影响必须予以考虑。由于渗透造成的细胞松弛函数的形式与带平衡常数的Maxwell模型形式一致；蠕变函数的形式则与广义的Kelvin模型的形式一致。 建立了两细胞力学模型，分析了外力、内压在细胞间的传递特点。研究表明：两细胞排列时，细胞的力-位移、内压-位移均为非线性关系；细胞的物理参数只影响本身的力学响应，而不影响与其相邻细胞的力学响应；细胞的初始内压对细胞本身和与其相邻细胞的力学响应影响都很大。 细胞穿刺过程中的变形和内压的非线性特点是造成实验数据分散的重要原因之一。由于存在两种不同位置的破坏可能，在进行实验时应注意观察和记录穿刺破坏的位置，比较在相同破坏位置下的实验结果，应能减小实验结果的分散性。此外，在设计实验方案和分析实验结果时必须考虑细胞的物理特性、初始内压以及压头的几何尺寸对实验结果的影响。 本研究的主要创新点是：建立了单细胞的三维力学模型，研究了细胞发生大变形时的力学响应；系统地研究了细胞壁渗透特性对细胞壁的张力、细胞内压、细胞的力-位移关系等的影响；研究了外力在细胞之间的传递及细胞内压的分布特点，为外力在多细胞间的传递规律研究进行了初步探索。通过数值仿真的研究揭示出实验中无法得到或观察到的规律，提出了造成实验数据分散的主要原因。研究结果为实验数据分析和实验方案的设计提供重要依据。